Elektrische Elemente/ Transformatoren

Der Transformator

Durch einen Transformator können Spannungen hoch − oder heruntertransformiert werden. Er funktioniert allerdings nur mit Wechselstrom, da ein ständig wechselndes Magnetfeld benötigt wird. Beim Transformator sind meist zwei Spulen beteiligt, die man als Primär- und Sekundäspule bezeichnet. Beide Spulen haben oft unterschiedliche Windungszahlen.

Einphasentransformator

Einphasentransformator

Der Einphasentransformator wird mit einphasigem Wechselstrom betrieben, wie er in jedem Haushalt vorkommt. Ein Einphasentransformator besteht aus mindestens zwei Wicklungen, die um einen oder zwei miteinander verbundene Eisenkerne gewickelt sind. Diese Wicklungen bestehen aus lackierten Kupferdraht. Die Wicklungen können übereinander oder nebeneinander angebracht sein. Der Eisenkern ist nicht massiv, sondern besteht aus isolierten Blechen, was Wirbelströme vermindert. Dadurch erwärmt sich der Einphasentransformator nicht sehr und der Leistungsverlust durch die magnetische Umpolung bleibt gering.

Dreiphasentransformator

Dieser Transformator wird z.B. für das hoch bzw. runtertransformieren eines Drehstromes. Der drei Phasen Transformator ist meist in der Leistungselektronik zu finden, er wird am häufigsten benutzt um Mittelspannung in einem städtischen Netz in Niederspannung zu transformieren. Da die Wärmeentwicklung bei einer solch hohen Eingangsspannung natürlich um einiges höher ist, als bei einem Tranformator mit Niederspannungseingang, muss dieser mittels Ölkühlung heruntergekühlt werden. Drei Phasen Transformatoren werden meist in eigenen Stationsgebäuden (Trafo Stationen) untergebracht. Dies ist notwendig, da die elektromagnetischen Felder um ein vielfaches größer sind als z.B. beim einphasen Transformator. Alternativ werden diese Transformatoren auch in abgesperrten Außenbereichen, oder auf Höhenleitungen angebracht.

Spartransformator

Keine Galvanische Trennung, da Sekundärseite und Primärseite kurzgeschlossen sind.

Obwohl man auf den ersten Blick meinen könnte, es sei ein Induktiver Spannungsteiler handelt es sich um einen "echten" Transformator, der sowohl hoch als auch runter transformieren kann.

Nach diesem Prinzip arbeitet zum Beispiel der Elektrostarter von Autos und Motorrollern. Die Zündkerze erzeugt einen Lichtbogen, der das Benzin entzündet. Damit aber ein Lichtbogen entstehen kann ist eine sehr hohe Spannung von nöten (1'000 Volt pro Millimeter). Als Energiequelle wird die Autobatterie mit 12V angezapft und die Spannung mit dem Spartransformator auf mehrere tausend Volt hinauf transformiert.

Schaltzeichen

Stelltransformator

Stelltransformator

Ein Stelltransformator ist ein Spartransformator mit verstellbarem Abgriff.

Transformation

Bei unbelasteten Transformatoren gilt als Näherung, dass das Verhältnis der Spannungen gleich dem Windungszahlenverhältnis ist.

• Hochtransformation: Die Primärspule hat hierbei eine geringe Windungszahl, die Sekundärspule eine hohe Windungszahl. Die Spannung an der Sekundärspule ist dann deutlich größer. Dieses wird beispielsweise beim elektrischen Schweißen benötigt.

• Runtertransformation: Dieses wird beispielsweise für Netzteile benötigt. Hier hat man eine hohe Eingangsspannung, beispielsweise Netzspannung, und möchte eine für elektronische Geräte wie Handies oder Notebooks typische Kleinspannung haben. Die Sekundärwicklung hat in diesem Fall eine kleinere Windungszahl, als die Primärspule.

Transoformator im Gleichstromkreis

Schließt man die Primärspule an Gleichspannung, wirkt sie nach kurzer Zeit wie ein Elektromagnet. An der Sekundärseite wird man keine Spannung messen können. Lediglich beim Ein- und Ausschalten wird für eine kurze Zeit eine Spannung an der Sekundärseite induziert.

Transformator im Wechselstromkreis

Durch eine sich ändernde Spannung an der Primärspule entsteht ein sich änderndes Magnetfeld an der Primärspule. Dringt dieses sich ändernde Magnetfeld in eine andere Spule ein, dann entsteht dort eine Wechselspannung, die so genannte Induktionsspannung. In Abhängigkeit vom Windungszahlenverhältnis kann diese Spannung größer, kleiner oder gleich groß sein wie die Primärspannung.