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Ein Transformator (kurz Trafo) ist eine elektrische Baugruppe aus zwei oder mehr Spulenn auf einem gemeinsamen Wickelkern.
Eine an die erste Spule ("Primärspule") angelegte Wechselspannung erzeugt ein veränderliches Magnetfeld im Kern, dieses Feld durchsetzt die zweite Spule ("Sekundärspule") und erzeugt hier durch Induktion wiederum eine Spannung.
Die Sekundärspulen können mehrere Anzapfungen haben, so kann man auch mit einem Trafo, der nur eine Sekundärwicklung besitzt, mehrere unterschiedlich hohe Sekundärspannungen erhalten. Die Primärspulen können ebenfalls mehrere Anzapfungen haben, so ist der Trafo für unterschiedlich hohe Primärspannungen geeignet, bei denen trotzdem auf identische Ausgangsspannungen transformiert wird.
Der Wickelkern ist meist aus vielen einzelnen voneinander isolierten Blechen aufgebaut. Wäre der Kern massiv, würden sich durch Induktion Wirbelströme bilden, die den Wirkungsgrad erheblich verschlechtern würden und zu einer Erwärmung des Trafos führen würden.
Eine Besonderheit ist der Spartransformator, er besitzt nur eine Spule mit mehreren Anzapfungen. Ein normaler Trafo führt immer zur Potentialtrennung zwischen Primär- und Sekundärkreis, was unter Sicherheitsaspekten wichtig ist.
Bei zunehmender Frequenz kann ein Trafo mehr Leistung übertragen, was zur Entwicklung der Schaltnetzteile geführt hat. Mit diesen wird die Frequenz der Spannung erst erhöht und dann transformiert, wofür ein wesentlich kleinerer Trafo benötigt wird und so viel Material und Gewicht gespart wird.
| Table of contents |
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2 Belasteter Transformator 3 Widerstandstransformation 4 Anwendungen 5 Hinweise 6 Verwandte Themen: |
Unbelasteter Transformator
Ein Transformator ist unbelastet, wenn an der Sekundärseite kein Verbraucher angeschlossen ist.
Da bei der Induktion die Spannung zur Windungszahl proportional ist, verhalten sich die Spannungen wie die Windungszahlen:
Belasteter Transformator
Der Primärstrom I1 ergibt sich zunächst aus der Primärspannung U1 und dem induktiven Blindwiderstand der primären Spule. Wird der Transformator sekundärseitig durch einen Verbraucher belastet, so fließt auch ein Sekundärstrom I2.
Das von diesem erzeugte Magnetfeld durchsetzt auch die Primärspule und induziert hier eine Spannung.
Hierdurch ändert sich der Blindwiderstand der Primärspule derart, dass der Primärstrom ansteigt.
Erhöhte Leistungsentnahme P2 auf der Sekundärseite (durch den Verbraucher) bewirkt so eine erhöhte Leistungszufuhr P1 auf der Primärseite (durch die Spannungsquelle). Für einen idealen (verlustfreien) Transformator gilt dann:
Zur verlustarmen Energieübertragung in Hochspannungsleitungen werden Spannungen auf hohe Werte transformiert. Dabei wandelt der Maschinentrafo des Kraftwerkes die Generatorspannung (bei grossen Kraftwerken etwa 10 bis 25kV) auf die Netzspannung (etwa 400kV) um. Durch die Transformation auf die hohe Spannung im Fernleitungsnetz wird der dort fließende Strom geringer, da bei der Transformation P = U * I konstant bleibt. Der geringere Strom führt dazu, dass weniger Verlustwärme durch den ohmschen Widerstand der Leitung entsteht. Für das Stadtnetz werden die Spannungen wieder auf die 10 bis 25 kV zurück transformiert.
Die Widerstandstransformation wird auch angewendet, um Verbraucher und Quellen hinsichtlich ihres Widerstandes anzupassen, zum Beispiel einen Lautsprecher von 4 Ohm an den Ausgang eines Verstärkers von 1000 Ohm.
Hinweise
Der ideale Transformator ist eine theoretische Sonderform des realen Transformators und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:
Daraus ergibt sich das Durchflutungsgleichgewicht des idealen Transformators: