Transformator Grundlagen

• These notes cover basic questions about transformers

Transformator Grundlagen

• Ein Transformator besteht aus Primärspule, Sekundärspule und Eisenkern
• An die Primärspule wird Wechselstrom angeschlossen
• Infolge einer Primärspannung wird in der Sekundärspule eine Induktionsspannung erzeugt.
• Der Eisenkern dient zur Übertragung und zur Verstärkung des Magnetfeldes
• Ein idealer Transformator wird angenommen, außer bei Frage 29

Spannungsverhältnisse und Windungszahlen

• Wenn die Primärspule doppelt so groß ist wie die Sekundärspule, wird die Primärspannung halbiert
• Wenn die Sekundärspule doppelt so groß ist wie die Primärspule, verdoppelt sich die Primärspannung
• Wenn die Primärspule doppelt so groß ist wie die Sekundärspule, verdoppelt sich die Primärstromstärke
• Wenn die Sekundärspule doppelt so groß ist wie die Primärspule, wird die Primärstromstärke halbiert
• Bei einem Transformator mit 500 Windungen in der Primärspule und 1000 Windungen in der Sekundärspule, beträgt die Ausgangsspannung 460 V wenn die Eingangsspannung 230 V beträgt.

Stromarten

• Es gibt Gleichstrom und Wechselstrom
• Bei Gleichstrom "wandern" die Elektronen in eine Richtung
• Bei Wechselstrom wechseln die Elektronen ihre Richtung mehrmals pro Sekunde
• In Deutschland wechselt der Wechselstrom 50mal pro Sekunde (50 Hz)

Physikalische vs. technische Fließrichtung

• Die physikalische Fließrichtung entspricht der wirklichen Fließrichtung vom negativen zum positiven Pol
• Die technische Fließrichtung nimmt die umgekehrte Richtung an, obwohl dies nicht der Realität entspricht
• Die "technische Fließrichtung" wird aus traditionellen Gründen beibehalten

Elektromagnete

• Ein Elektromagnet besteht aus einem Eisenkern und einer isolierten Kupferwicklung
• Ein Elektromagnet kann nicht mit Wechselstrom betrieben werden, da sich kein dauerhafter magnetischer Pol ausbilden kann
• Die Anziehungskraft eines Elektromagneten kann durch Erhöhung der Stromstärke oder der Wicklungszahl erhöht werden
• Die Lage der magnetischen Pole kann durch Änderung der Stromrichtung oder der Wicklungsrichtung verändert werden
• Es gibt zwei Wicklungsrichtungen: Rechtswicklung und Linkswicklung
• Elektromagnete werden zur Mülltrennung und zum Anheben schwerer Stahlteile verwendet

Permanentmagnete vs. Elektromagnete

• Ein Permanentmagnet hat eine ständig präsente magnetische Wirkung, die nicht abschaltbar ist
• Ein Elektromagnet verliert seine magnetische Wirkung ohne elektrische Spannung

Transformatorkern

• Durch den Eisenkern des Transformators fließt kein Strom
• Der Eisenkern überträgt das Magnetfeld
• Bei Wechselstrom ändert der Kern ständig seine magnetischen Pole entsprechend der Frequenz
• Der Eisenkern kann nicht aus Aluminium hergestellt sein, da dies nicht magnetisierbar ist
• Bei Betrieb einer Primärspule mit Gleichstrom wird der Eisenkern zu einem Permanentmagneten

Anwendung von Transformatoren

• Stromanbieter benötigen Transformatoren, um Strom über weite Entfernungen zu transportieren (z.B. von Windrädern)
• Ein Beispiel für einen Trafo ist das Ladekabel für Handys.

Leistung

• Die elektrische Leistung P1 bleibt gleich wenn die Primärspule eines Generators doppelt so groß ist wie die Sekundärspule
• In der Realität ist P1 immer größer als P2, da ein Transformator immer Verluste hat (z. B. durch Erwärmung)

Steckdosen

• Übliche Stromspannungen in Steckdosen: Wechselstrom mit 230 V (50 Hz) und Starkstrom mit 400 V (50 Hz)