Der Transformator

Ein Transformator besteht aus zwei getrennten Spulen auf einem geschlossenen Weicheisenkern.

Aufbau

Funktionsprinzip

Wenn an die Primärspule eine Wechselspannung angeschlossen wird, so entsteht ein sich ständig wechselndes Magnetfeld, das auch die Sekundärspule durchdringt.

Dadurch wird in der Sekundärspule eine Spannung induziert.

Das heißt: In der zweiten Spule wird auch eine Spannung erzeugt.

Wie hoch ist die induzierte Spannung?

Die Primärspannung U1 verhält sich dabei zur induzierten Spannung (Sekundärspannung U2) wie die Windungszahl der Primärspule (N1) zur Windungszahl der Sekundärspule (N2):

U1 : U2 = N1 : N2

Beispiel: Primärspule: U1=100 V, 1000 N

Sekundärspule: U2=10 V, wie viele Windungen sind nötig?

U1 : U2 = N1 : N2

100 V : 10 V = 1000 : x

10 = 1000 : x

X = 1000 : 10

X = 100

Bei unserem Beispiel müsste also die 2. Spule 100 Windungen haben.

Nochmals: U1 : U2 = N1 : N2

100:10 = 1000:100

Rechnungen

Berechne die fehlenden Größen:

Es folgen Beispiele, berechne die Größen, welche fehlen. Fertige auch eine einfache Zeichnung an.

Beispiel 1

U1 = 1000 V U2 = 100 000 V

N1 = 200 N2 = x

U1 = x U2 = 800N1 = 800 N2 = 80 000

U1 = 150 000 U2 = 150N1 = 12000 N2 = x

U1 = 200 U2 = 20N1 = x N2 = 20 000

Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Der Hochspannungs-transformator

FunktionsweiseDurch geeignete Wahl der Windungszahlen wird aus einer niedrigen Eingangsspannung eine hohe Ausgangsspannung erzeugt.

Beispiel: Primärspule mit 300 Windungen und Sekundärspule mit 12000 Windungen.Bei dieser Kombination entsteht aus einer Eingangsspannung von 220 V eine Ausgangsspannung von 8800 V.

Da ein Transformator keine Energie erzeugen kann, bleibt natürlich die Leistung - von den Verlusten abgesehen - auf beiden Seiten konstant.Die Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung:

P = U * I

Energieverhältnisse beim Transformator

Wenn aus einer niedrigen Spannung (U1) eine hohe erzeugt wird (U2), dann kann aus einem hohen Strom (I1) gleichzeitig nur ein niedriger entstehen (I2).

Der Primärstrom I1 verhält sich dabei zum Sekundärstrom I2 umgekehrt wie die Windungszahlen N1 zu N2:

I1 : I2 = N2 : N1

Der Hochstrom-transformator

FunktionsweiseDurch geeignete Wahl der Windungszahlen wird aus einem niedrigen Eingangsstrom ein hoher Ausgangsstrom erzeugt.

Beispiel: Primärspule mit 600 Windungen und Sekundärspule mit 6 Windungen.Bei dieser Kombination entsteht aus einem Eingangsstrom von 5 A ein Ausgangsstrom von 500 A.

Einsatz von Transformatoren

Hochspannungstransformatoren werden in Kraftwerken und Umspannwerken zur Erzeugung von Hochspannung für die Energieübertragung eingesetzt.

Hochstromtransformatoren verwendet man beispielsweise in Schweißgeräten.

Außerdem werden Transformatoren mit weniger spektakulären Übersetzungs-verhältnissen in großer Zahl in Netzgeräten verwendet, um aus der Netzspannung von 220 V eine niedrigere Spannung (z. B. 9 V, 12 V) zu erzeugen.