Transformator / Transformatoren / Trafo
Mit einem Transformator werden Wechselspannungen herauf- oder heruntertransformiert. Also erhöht oder reduziert.
Der Transformator, kurz Trafo, wirkt auf der Eingangs-, der Primärseite, wie ein Verbraucher R für seine Wechselspannungsquelle, sofern der Trafo mit Nennlast belastet ist. Unbelastet wirkt der Trafo wie eine Induktivität. Die Ausgangseite, die Sekundärseite, wirkt als Wechselspannungsquelle mit Quellenspannung U0 und Innenwiderstand Ri.
Der Trafo besteht im Prinzip aus zwei nebeneinander liegenden Spulen, mit gleicher oder unterschiedlicher Wicklungsanzahl. Auf der Eingangswicklung wird ein sich änderndes Magnetfeld durch die anliegende Wechselspannung erzeugt. Auf der Ausgangswicklung wird eine Induktionsspannung erzeugt. Die Höhe dieser Spannung ist abhängig vom Wicklungsverhältnis der Primär- und Sekundärseite des Transformators.
| Primärseite | Sekundärseite | ||
|---|---|---|---|
| NE | UE | NA | UA |
| 600 | 50 V | 600 | 50 V |
| 600 | 50 V | 1200 | 100 V |
| 600 | 50 V | 300 | 25 V |
N = Anzahl der Wicklungen / U = Spannung
Ist die Anzahl der Wicklungen auf der Primärseite größer als auf der Sekundärseite, dann ist die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Ist die Anzahl der Wicklungen auf der Sekundärseite größer als auf der Primärseite, dann ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung.
Trenntransformator und Übertrager
Ist die Anzahl der Wicklungen auf beiden Seiten gleich, dann ist die Eingangsspannung UE und die Ausgangsspannung UA gleich groß. Abzüglich der Verluste durch den Wirkungsgrad. Man nennt diesen Transformator auch Trenntrafo. Er soll nur zwei Stromkreise aus Sicherheitsgründen voneinander trennen.
Trenntrafos dienen zum galvanischen Trennen der Wechselspannung vom Stromnetz. Übertrager dienen zur Datenübertragung und in der Mess- und Regeltechnik zur Tonfrequenz-Übertragung.
Verhältnis von Spannung und Strom
Das Verhältnis zwischen Spannung und Strom ist umgekehrt proportional zueinander.
Eine Änderung der Spannung am Eingang führt zu einer Änderung des maximal entnehmbaren Stroms, am Ausgang (Sekundärseite) des Transformators.
Wird die Spannung heruntertransformiert, steigt der zu entnehmbare Strom an. Wird die Spannung herauftransformiert, sinkt der zu entnehmbare Strom.
Eine größere Spannung am Ausgang führt zu einem kleineren Strom am Eingang. Eine kleinere Spannung am Ausgang ermöglicht eine größere Stromentnahme.
Schaltzeichen
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Sekundärseite mit einer Wicklung |
|---|---|---|
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Sekundärseite mit zwei Wicklungen |
Ringkern-Transformatoren
Ringkern-Trafos bestehen aus einem Ring-Eisenkern um den die Primär- und Sekundärspulen gewickelt sind. Ringkern-Trafos haben ein geringes Gewicht, benötigen wenig Platz, haben einen höheren Wirkungsgrad und haben ein geringeres magnetisches Streufeld. Sie haben dadurch entscheidende Vorteile gegenüber rechteckigen Transformatoren. Ringkerntrafo haben hohe Einschaltimpulse.
Rechteck-Eisenkern-Transformatoren
Rechteckige Transformatoren werden sehr häufig eingesetzt. Vor allem in Netzteilen und integrierten Spannungsversorgungen. Dort ist die Stromentnahme nicht allzu hoch. Auf ein Steckernetzteil kann oder muss sogar verzichtet werden. Das Gewicht des Eisenkerns macht sich häufig unangenehm bemerkbar und macht einen wesentlichen Teil des Gewichts eines elektronischen Geräts aus.
Man kann davon ausgehen, dass der Eisenkern 10% Energieverlust bei der Transformation bringt. Um das auszugleichen wird einfach 10% mehr Windungen gewickelt. Dadurch stellt man das gewünschte Spannungsverhältnis sicher.
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