Transformator

1.0 Was ist ein Trafo?
Für die Wirkweise eines Transformators sind zwei physikalische Erscheinungen wesentlich:

Ein von elektrischem Strom durchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld (Elektromagnetismus)
Wenn sich der magnetische Fluss in einer Spule ändert, wird in ihr eine Spannung induziert.

Eine an die erste Spule („Primärspule“) im Primärstromkreis angelegte Wechselspannung erzeugt einen veränderlichen Primärstrom und damit ein veränderliches Magnetfeld im Kern. Dieses Feld durchsetzt die zweite Spule („Sekundärspule“) in einem zweiten Stromkreis und erzeugt hier durch Induktion wiederum eine Spannung („Sekundärspannung“).

Eine primäre Spannung kann über magnetischen Fluss in eine proportionale sekundäre Spannung als Funktion von dem Windungszahlverhältnis der beiden Spulen transformiert werden.

Zum Betrieb eines Transformators ist eine in stetem Wechsel veränderliche Spannung nötig. Daher kann mit einem Transformator nur Wechselspannung transformiert werden.

Soll eine Gleichspannung mittels Transformatoren auf eine andere Spannungsebene umgesetzt werden, ist die Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom mittels Wechselrichter nötig, um anschließend transformiert werden zu können. Diese Techniken finden beispielsweise bei Schaltnetzteilen Anwendung.

Die maximale Höhe der induzierten Spannung hängt neben der Eingangsspannung von der Windungszahl der Sekundärspule ab, die maximale Höhe des Stromes von deren Leiterquerschnitten und von den Kühlungsbedingungen.

In obiger Beschreibung wird kein (gemeinsamer) Eisenkern der Spulen erwähnt, trotzdem besitzen fast alle Trafos einen Kern aus Eisenblechen, Eisendrähten oder Ferrit. Der Grund liegt darin, dass bei tiefen Frequenzen (50 Hz) ohne Eisenkern extrem viele Windungen erforderlich wären, um den „Leerlaufstrom“ bei geringer Belastung ausreichend klein zu halten. Das würde erstens einen unwirtschaftlich hohen Kupferanteil erfordern, andrerseits werden bei höheren Strömen in diesem sehr langen Draht enorme Ohmsche Verluste (=Erwärmung) erzeugt.

Beides kann man stark verringern, indem die Induktivität der Primärspule durch einen Eisenkern um ein Vielfaches vergrößert wird. Je höher die Betriebsfrequenz ist, desto kleiner kann der Eisenkern sein, bei einigen 100 kHz wie im Tesla-Transformator darf er vollständig entfallen


1.1 belasteter Trafo
Ist der Transformator sekundärseitig belastet, so bewirkt der Sekundärstrom im Eisen ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld. Nach der Lenzschen Regel muss die durch den Sekundärstrom verursachte Magnetfeldänderung derjenigen, die durch den Primärstrom verursacht wird, entgegengerichtet sein. Die effektive Magnetfeldänderung ist bei Belastung somit in der Primärspule geringer als im unbelasteten Fall - die Flussdichte sinkt etwas.

Dadurch wird auch die Selbstinduktionsspannung in der Primärwicklung Uip kleiner. Die Spannung an der Primärwicklung bleibt jedoch gleich, als Folge davon wächst der Primärstrom.

Für die Scheinleistung S eines idealen (verlustfreien) Transformators gilt:

S1 = S2
Da S das Produkt aus Spannung U und Stromstärke I ist, gilt:


und es folgt für die Beträge der Ströme:

U1I1 = U2I2

Da sich die Spannungen wie die Windungszahlen verhalten, verhalten sich folglich die Ströme (bzw. deren Beträge) umgekehrt wie die Windungszahlen:


Der entnommene Strom wird also mit dem reziproken Windungszahlverhältnis auf die Primärseite transformiert. In kleinen Sekundärwindungszahlen lassen sich daher hohe Ströme erzeugen, sofern der Drahtquerschnitt ausreichend groß ist. Beispiel: Widerstandsschweißen.

1.2 Leerlauf bzw. „Unbelasteter Transformator“
Wenn bei angelegter elektrischer Spannung an der Primärspule kein Strom aus der Sekundärspule des Transformators entnommen wird, wird dies als „Leerlauf“ oder „unbelasteter Betrieb“ bezeichnet. In diesem Zustand verhalten sich die eingegebene Primärspannung und die an der Sekundärspule messbare Sekundärspannung näherungsweise wie die Windungszahlen, weil die sekundären Kupferverluste gleich Null sind:


Dabei sind U1 und U2 die Primär- und Sekundärspannung sowie N1 und N2 die Primär- und Sekundärwindungszahl.

Ansonsten verhält sich der Transformator im Leerlauf exakt wie eine Induktivität, es ist dabei belanglos, ob eine Sekundärspule vorhanden ist oder wie sie ausgeführt ist.

Ja, da wird`s doch super erklärt!
Was willst du mehr? oO

Hast du per google nichts gefunden?
Ich kann mich übrigens Roman anschliessen ;) Die Antwort welche über Wikipedia gesucht wurde, finde ich logisch und verständlich.

Blueeyes

Trafo im Kurzschluss bedeutet, dass er Sekundärseitig kurzgeschlossen ist, also ein Stromkreis ohne Verbraucher angeschlossen ist.
Das bedeutet, dass die Spannung nahe Null ist und der fließende Strom riesig ist. Durch den fließenden Strom wird wieder ein Magnetfeld aufgebaut ... usw. Der Rest sollte schon unter "belasteter Trafo" zu finden sein

aber ist das nicht identisch mit dem unbelasteten trafo?