Transformator: Aufbau, Funktion und Anwendung
Der Transformator ist ein wesentliches Gerät in der Elektrotechnik, das zur Umwandlung von Wechselspannungen und -strömen dient. Diese Seite erklärt den grundlegenden Aufbau eines Transformators und seine Funktionsweise.
Aufbau des Transformators:
Ein Transformator besteht aus zwei Hauptkomponenten: der Primärspule und der Sekundärspule. Diese sind um einen gemeinsamen, geschlossenen Eisenkern gewickelt, sind aber elektrisch nicht miteinander verbunden.
Vocabulary:
- Primärspule: Die Spule, die an die Stromquelle (z.B. Steckdose) angeschlossen ist.
- Sekundärspule: Die Spule, die mit dem zu versorgenden Gerät (z.B. Laptop) verbunden ist.
Wie funktioniert ein Transformator:
- Der Wechselstrom in der Primärspule erzeugt ein sich ständig änderndes Magnetfeld.
- Dieses Magnetfeld induziert eine Wechselspannung in der Sekundärspule.
Highlight: Die Umwandlung der Spannung basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.
Transformator Formel für die Spannungsübersetzung:
U₁/U₂ = n₁/n₂
Wobei:
- U₁: Primärspannung
- U₂: Sekundärspannung
- n₁: Windungszahl der Primärspule
- n₂: Windungszahl der Sekundärspule
Definition: Diese Formel zeigt, dass das Verhältnis der Spannungen dem Verhältnis der Windungszahlen entspricht.
Der belastete Transformator:
Bei einem belasteten Transformator, also wenn Strom durch die Sekundärspule fließt, gelten folgende Prinzipien:
- Das Verhältnis der Stromstärken ist umgekehrt proportional zum Verhältnis der Spannungen.
- Die Sekundärspule gibt genauso viel Energie ab, wie die Primärspule aufnimmt.
- Die Leistungen im Primär- und Sekundärkreislauf sind gleich.
Example: Wenn die Sekundärspule weniger Windungen als die Primärspule hat, ist die Sekundärspannung niedriger, aber der Sekundärstrom höher.
Formel für den belasteten Transformator:
P₁ = P₂ ⇒ U₁ • I₁ = U₂ • I₂
I₁/I₂ = U₂/U₁ = n₂/n₁
Wobei:
- P₁, P₂: Leistung im Primär- bzw. Sekundärkreis
- I₁, I₂: Stromstärke im Primär- bzw. Sekundärkreis
Transformation der Spannung:
- Bei gleicher Anzahl von Windungen in Primär- und Sekundärspule ist die Spannung fast gleich.
- Eine Halbierung der Windungszahl der Sekundärspule führt zu einer Halbierung der Sekundärspannung.
- Eine Halbierung der Windungszahl der Primärspule führt zu einer Verdopplung der Sekundärspannung.
Highlight: Das Verhältnis der Spannung hängt nur vom Verhältnis der Windungszahlen ab.
Unerwünschte Energieabgabe:
Transformatoren haben auch unerwünschte Energieverluste:
- Erwärmung des Spulendrahts durch den fließenden Strom.
- Erwärmung des Eisenkerns durch die ständige Umkehrung des Magnetfeldes.
Highlight: Diese Verluste führen zu einer ständigen Umwandlung von elektrischer in thermische Energie und beeinflussen den Wirkungsgrad des Transformators.
