TU-Projektlabor SoSe 2015, Gruppe 1 (Netzteil) Armin Berner
Der Transformator
1. Verwendung
• Transformieren von Spannungen
• galvanische Trennung von Netzwerken (Vermeidung von Brummschleifen, Schutzeinrichtung)
• Stromwandler (seltener, insbesondere beim elektrischen Schweißen) 2. Bestandteile
• hochpermeabler Kern zur Führung des magnetischen Feldes
• primär- und sekundärseitige Wicklung 3. Der ideale Transformator
1. Forderungen
• sehr kleine Streuung
• sehr kleine Wicklungswiderstände
• sehr kleiner magnetischer Widerstand 2. Die Spannungstransformation
Aufgrund der angelegten Wechselspannung an der Primärseite entsteht ein wechselnder magnetischer Fluss Φ1 im Kern, welcher eine Spannung auf der Sekundärseite induziert. (Induktionsgesetz)
Es gilt: u1=N1⋅d
dt(Φ1−Φ2) sowie:u2=N2⋅d
dt(Φ2−Φ1). Somit ergibt sich für das Verhältnis der Spannungen:
u1
u2=±N1 N2 .
Das Vorzeichen ist abhängig vom Wicklungssinn der Spulen.
3. Die Stromtransformation
Der Stromfluss auf der Sekundärseite bewirkt einen magnetischen Fluss Φ2
im Kern, welcher einen Stromfluss auf der Primärseite zur Folge hat.
(Durchflutungsgesetz).
Auf die Masche im magnetischen Kreis angewendet erhält man:
i1
i2=±N2 N1 .
Das Vorzeichen ist auch hier abhängig vom Wicklungssinn der Spulen.
Illustration 1: Der ideale Transformator
TU-Projektlabor SoSe 2015, Gruppe 1 (Netzteil) Armin Berner 4. Leistung eines idealen Transformator
P1=u1⋅i1=N1 N2u2⋅N2
N1i2=u2⋅i2=P2
Eingangs- und Ausgangsleistung sind zu jedem Zeitpunkt gleich. Es wird keine Arbeit im Kern gespeichert.
5. Punktkonvention
Der Wicklungssinn beeinflusst die Strom- und Spannungs- richtung. Daher wird der
Wicklungssinn mit einem Punkt markiert, sofern dieser nicht anders ersichtlich ist.
4. Der reale Transformator
Unter Berücksichtigung der
Streuverluste und Widerstände ergibt sich das folgende ESB:
5. Bauformen
1. Rechtecktransformator: einfach in der Herstellung, aber schwer und hohe Leerlaufverlust
2. Ringkerntransformator: aufwendig in der Herstellung, aber nur geringe Verluste
3. Spartransformator: stark reduzierte Herstellungsaufwand, aber keine galvanische Trennung
(daher Einsatz nicht immer zulässig) 6. Quellen
• Manfred Albach, Elektrotechnik, Pearson 2011
• Uwe Schäfer, Vorlesungsskript Elektrische Energiesysteme, TU Berlin 2006
• http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator
• http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trafo-innenleben.jpg
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Toroidn%C3%AD- transformátor.jpg
Illustration 2: Punktkonvention (Quelle: Albach)
Illustration 3: ESB realer Transformator
