Transformatoren

Leiterplattentransformatoren

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Transformatoren sind elektrotechnische Bauelemente. Im Volksmund ist der Transformator auch als Trafo bekannt. Alle Trafos bestehen aus einem Kreis mit magnetischen Eigenschaften und zwei Leitern. Jeder Leiter stellt einen eigenständigen Stromkreis dar. Der Kern des Trafos besteht aus Eisen oder Ferrit. Wenn an einen der Leiter eine Wechselspannung angelegt wird, baut sich an der zweiten Wicklung ebenfalls eine Wechselspannung auf.

Moderne Transformatoren werden in verschiedenen Bauformen für unterschiedliche Anwendungen konzipiert. Zu den bekanntesten Modellen gehören runde Trafos mit Ringkern. Rechteckige Trafos sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Bei Leiterplattentransformatoren handelt es sich um flache Transformatoren mit niedriger Bauhöhe, die auch als Flachtransformatoren bekannt sind. Alle Trafos funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Der Transformatorkern oder auch magnetischer Kreis wird von zwei Leitern umgeben, die aus verschiedenen Stromkreisen bestehen. Ein Trafo verfügt über mindestens zwei dieser Wicklungen.

Transformatoren wurden Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. Zu dieser Zeit war allerdings noch der Begriff des sekundären Generators für Trafos geläufig. Im Haushalt kommen Trafos für Elektrogeräte zum Einsatz: Sie wandeln die Spannung aus der Steckdose in die vom Gerät benötigte Betriebsspannung um. Zu den bekanntesten Trafos im Haushalt gehören Schaltnetzteile, die in Steckernetzteilen von Notebooks verbaut sind. Handelsübliche Fernseher und Monitore sind mit einem Zeilentransformator ausgestattet.

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Transformatoren

Einphasen-Transformatoren

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Transformatoren bestehen aus einem magnetischen Kreis, um den zwei Stromkreise herum geführt werden. Im allgemeinen Sprachgebrauch sind Transformatoren auch als Trafo oder Umspanner bekannt. Transformatoren bauen im zweiten Leiter eine Wechselspannung auf, wenn der erste Leiter mit Wechselstrom betrieben wird. Die Bauelemente kommen daher zum Einsatz, wenn Wechselspannungen erhöht oder verringert werden müssen.

Im Haushalt finden Transformatoren in nahezu jedem Netzteil Verwendung: sie wandeln die Netzspannung aus der Steckdose in die notwendige Betriebsspannung des Gerätes um. In der Stromversorgung werden Transformatoren überall gebraucht, da der über Hochleitungen transportierte Strom erst nach seiner Umwandlung durch einen Transformator in Niederspannung eingesetzt werden kann.

In den Netzteilen von Haushaltsgeräten sind bereits Netztransformatoren verbaut. Alternativ kommen auch Schaltwandler zum Einsatz. Die Netzteile von Computern und Fernsehern sind mit einem Zeilentransformator ausgestattet, der zwischen 20 und 30 kV erzeugt. Der Kern eines Transformators besteht aus Eisen oder Ferriten – keramische Werkstoffe mit schlechten Leitungseigenschaften aus Eisenoxid. Die klassische Bauweise eines Transformators ist die Ringform. Das Modell des idealen Transformators weicht in der Praxis dem realen Transformator: Faktoren wie Wirbelstromverluste, Widerstände und Streuflüsse ermöglichen keine Umsetzung des idealen Modells.

Einphasen-Transformatoren erzeugen mit der Sekundärspule auf der Ausgangsseite eine Wechselspannung, wenn an der Primärseite am Eingang des Transformators eine Wechselspannung angelegt wird. Die erzeugte Ausgangsspannung entspricht bei Einphasen-Transformatoren der Eingangsspannung unter Berücksichtigung des Windungsverhältnisses der Spule und ist mit einer Formel errechenbar.

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Transformatoren

Dreiphasen-Transformatoren

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Aufbau von Dreiphasen-Transformatoren

Ein Dreiphasen-Transformator oder Dreiphasenwechselstrom-Transformator besteht aus drei Transformatoren, die zur Erzeugung von Dreiphasenwechselstrom zu einem Bauelement zusammengefügt wurden. Zur Verdeutlichung des Aufbaus dieser drei Transformatoren stelle man sich vor, dass die Eisenkerne sternförmig angeordnet sind. Die Trafowicklungen befinden sich dabei auf den drei nach außen liegenden Schenkeln. Werden alle drei Außenleiter gleichzeitig belastet, ist die sich daraus ergebene Summe der Ströme der drei Phasen jederzeit Null, sowie der Neutralleiter ebenfalls.

Am häufigsten wird der Dreiphasen-Transformator verwendet, der den Aufbau eines unsymmetrischen Drehstromkerntransformators aufweist. Hierbei befinden sich die drei Schenkel der quadratischen Eisenkerne in einer Ebene. Die Schenkel tragen jeweils die Primär- und Sekundärwicklung eines Außenleiters. Das unsymmetrische Drehstromsystem entsteht in diesem Fall, weil die drei Schenkel des Eisenkernes aufgrund ihrer unterschiedlich langen Wege auf den Außen- und Mittelschenkeln einen mehr oder weniger großen Magnetisierungsstrom aufweisen.

Funktionsweise von Dreiphasen-Transformatoren

Grundsätzlich funktioniert ein Dreiphasen-Transformator nach den gleichen Prinzipien wie ein Einphasen-Transformator. Die Wechselspannung in der Sekundärspule, der Ausgangsseite des Transformators, wird durch das veränderte Magnetfeld der Primärspule erzeugt, indem an der Primärseite eine Wechselspannung angelegt wird.

Der Dreiphasenwechselstrom

Man spricht bei Dreiphasen-Transformatoren von Dreiphasenwechselstrom oder Drehstrom, wenn an den drei Primärspulen somit drei gleich große Wechselspannungen anliegen. Während der Phasenlage, dem sogenannten Nulldurchgang, verschieben sich die Wechselspannungen um 120°. Jede der drei Spulen erhält auf der Sekundärseite ebenfalls eine um den gleichen Winkel verschobene Spannung. Infolgedessen wird durch diese Verschiebungen der sogenannte Dreiphasenwechselstrom oder Drehstrom erzeugt.

Folgender Grundsatz gilt bei der Transformation von Spannungen: Die Sekundärspannung ist abhängig von der Größe der Primärspannung sowie dem Windungsverhältnis. Das bedeutet für die Praxis, je größer die Primärspannung und Windungszahl gewählt wird, desto größer ist die sich daraus ergebene Sekundärspannung. Hierbei findet folgende Formel Anwendung: U1/U2=N1/N2 (U1=Primärspannung; U2=Sekundärspannung; N1 bzw. N2=Windungszahl)

Wenn Sie Dreiphasen Transformatoren kaufen möchten, können Sie dies hier tun:

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