Transformator / Transformatoren / Trafo
Mit einem Transformator werden Spannungen, Ströme und Widerstände in einem Wechselstromkreis herauf- oder heruntertransformiert. Also erhöht oder verringert.
Der Transformator, kurz Trafo, wirkt auf der Eingangs- bzw. Primärseite, wie ein Verbraucher R für seine Wechselspannungsquelle, sofern der Trafo mit Nennlast belastet ist. Unbelastet wirkt der Trafo wie eine Induktivität. Die Ausgangseite bzw. Sekundärseite wirkt als Wechselspannungsquelle mit Quellenspannung U0 und Innenwiderstand Ri.
Der Trafo besteht im Prinzip aus zwei nebeneinander liegenden Spulen, mit gleicher oder unterschiedlicher Windungssanzahl. Eine Windung ist, wenn der Draht einmal um den Spulenkörper herumgeführt wird. Die Gesamtheit der Windungen wird als Wicklung bezeichnet. 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 Windungssverhältnis 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 Windungen / U = Spannung
Ist die Anzahl der Windungen auf der Primärseite größer als auf der Sekundärseite, dann ist die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Ist die Anzahl der Windungen auf der Sekundärseite größer als auf der Primärseite, dann ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung.
Trenntransformator und Übertrager
Trenntrafos dienen zum galvanischen Trennen der Wechselspannung vom Stromnetz. Sie sollen zwei Stromkreise aus Sicherheitsgründen voneinander trennen. 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 (Sekundärseite mit einer Wicklung)
Schaltzeichen (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 ein geringeres magnetisches Streufeld. Sie haben dadurch entscheidende Vorteile gegenüber rechteckigen Transformatoren. Ein Nachteil sind die hohen 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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