Transformator PDF

## Transformator ### Grundprinzip In der Primärspule (Feldspule) mit der Windungszahl <i>n_p</i> wird durch Anlegen einer Wechselspannung (Primärspannung <i>U_p</i>) ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld durchsetzt den geschlossenen Eisenkern und die...

## Transformator ### Grundprinzip In der Primärspule (Feldspule) mit der Windungszahl <i>n_p</i> wird durch Anlegen einer Wechselspannung (Primärspannung <i>U_p</i>) ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld durchsetzt den geschlossenen Eisenkern und die Sekundärspule (Induktionsspule) mit der Windungszahl <i>n_s</i>. Dann wird ständig die Sekundärspannung <i>U_s</i> induziert. ### Aufbau * Joch * Primärspule * Sekundärspule * Eisenkern ### Primär und Sekundärleistung beim Transformator Es gilt: * _P_p_ = _n_p_ * _I_p_ = Primärleistung * _P_s_ = _n_s_ * _I_s_ = Sekundärleistung * _η_ = _P_s_ / _P_p_ = Wirkungsgrad Bei idealen, verlustfreien Transformatoren gilt: _η_ = 1 Reale Transformatoren erreichen Wirkungsgrade bis zu 99 %. „Verluste“ entstehen dabei durch: * Erwarmung der Spulen * Erwarmung des Eisenkerns * Wirbelströme im Eisenkern * Streumagnetfelder ###### Wichtig: Gleichspannung lässt sich nicht transformieren, da sich das Magnetfeld nicht ändert. Somit kann keine Induktion stattfinden. ###### Anwendungen: * Spielzeugeisenbahn * Netzteil Handy ### Gesetze am Transformator * _U_p_ * _I_p_ = _U_s_ * _I_s_ ###### z.B. Hörnervewuch (Spannung hochtransformiert) ###### E Am unbelasteten Transformator (der Sekundärstrom ist vernachlässigbar klein) gilt: * z.B. Glühlampe (2,3 Ω) wird mit 230V Betriebsspannung betrieben = _n_p_ = 600 _n_s_ = 6 7100:1 * _U_p_ / _U_s_ = _n_p_ / _n_s_ ###### Spannungen am unbelasteten Trafo ###### E Am verlustfreien, belasteten Transformator gilt: * z.B. beim Hochtransformator (Nagel) _n_p_ = 600 _n_s_ = 6 aus _I_p_ = 4,5 A _I_s_ = 450 A -> Nagel glüht * _I_p_ / _I_s_ = _n_s_ / _n_p_ -> Strom wird hochtransformiert ###### Stromstärken am belasteten Trafo * Der Trafo entnimmt dem Netz keine nennenswerte Energie, solange er unbelastet bleibt (hoher induktiver Widerstand, Drosselwirkung der Primärspule). * Bei zunehmendem Stromfluss in der Sekundärspule wird dort ein Magnetfeld aufgebaut, das nach der Lenzschen Regel dem ursprünglichen Magnetfeld entgegenwirkt und somit das ursprüngliche Magnetfeld im Eisenkern schwächt. Dadurch nimmt aber auch die Drosselwirkung der Primärspule ab. Es fließt ein höherer Primärstrom. * Die Transformatorleistung passt sich selbständig an: Ein höherer Sekundärstrom bewirkt einen höheren Primärstrom. ###### Hochspannungstransformator: * _n_p_ >> _n_s_ (Überlandleitungen, Zündkerze) ###### Hochstromtransformator: * _n_p_ << _n_s_ (Schmelzofen, Schweißgeräte, Schalter, Platte) ###### Stufentransformator: * _n_p_ variabel (Phywe Wirbel, Caravanbahn) ## Wirbelströme ### Versuch 1: ###### Beobachtung * Al-Platte wird abgebremst ###### Erklärung * Die Al-Platte bewegt sich senkrecht zu den Magnetfeldlinien. * Dadurch wirken Lorentzkräfte auf die e der Al-Platte. Die freien e werden nach oben verschoben. Die Leiterelektronen, die sich noch nicht im Magnetfeld befinden, fließen in Gebiete mit Elektronenmangel. Somit entstehen ringförmige Induktionsströme, sogenannte Wirbelströme. * Diese Wirbelströme erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld, das der Ursache der elektromagnetischen Induktion (Bewegung der Platte) entgegenwirkt. <u>Lensche Regel!</u> ###### Auftreten von Wirbelströmen: * a) Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld * b) Leiter in einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ### Versuch 2: ###### Beobachtung * Geschlitzte Al-Platte wird fast nicht gebremst ###### Erklärung * Es können sich nur schwache Wirbelströme bilden. ###### Erwünschte Wirbelströme bei: * Wirbelstrombremsen bei Zügen * Zeigerdämpfung von el. Messgeräten ###### Unerwünschte Wirbelströme bei: * Ankerkerne von Elektromotoren, Transformatoren, Generatoren. Wirbelströme erzeugen Wärme und bremsen die Ankerkerne ab * =>Verminderung der Wirbelströme durch Lamellierung der Ankerkerne