Wie funktioniert ein Transformator?

Ein Transformator (Trafo) besteht aus Drahtwicklungen und einem Eisenkern. Wozu verwendet man ihn in der Elektrotechnik?

Wie funktioniert ein Transformator?

Transformator mit unterschiedlichen Primär- und Sekundärwicklungen

Wie funktioniert ein Transformator?

Ein Ringkern-Transformator

Ein Transformator (auch Trafo, Umspanner und Übertrager genannt) ist ein vielseitiges Bauelement in der Elektrotechnik und Elektronik. Ein normaler Transformator besteht aus zwei (mit einer Isolierung versehenen) Drahtwicklungen, welche durch einen geschlossenen Eisenkern verbunden sind. Diese zwei Wicklungen nennt man auch Spulen, je nach ihrer späteren Funktion heißen sie Primär- und Sekundärwicklung. Die zwei Wicklungen sind elektrisch voneinander isoliert.

Wird an die Primärwicklung eine elektrische Wechselspannung angelegt, dann beginnt ein Wechselstrom durch die Primärwicklung zu fließen. Dieser Wechselstrom erzeugt in der Wicklung ein magnetisches Feld, welches seine Stärke und Frequenz mit der Wechselstromquelle ändert. Der magnetische Fluß ändert sich mit der Frequenz der Wechselspannung.

Der Eisenkern ist das verbindende Teil der beiden Wicklungen! Die magnetischen Feldlinien der Primärspule durchsetzen mittels des Eisenkerns auch die Sekundärspule. Wer erinnern uns an die Induktion, bei der die induzierte Spannung um so größer ist, je stärker und schneller sich das Magnetfeld ändert. Das Induktionsgsetz besagt: Die induzierte Spannung ist gleich der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses. In der Sekundärspule wird nun eine Spannung induziert, weil von außen ein stetig wechselndes Magnetfeld einwirkt.

Die induzierte Spannung an der Sekundärspule entspricht der Spannung der Primärspule, wenn beide Spulen die gleiche Anzahl Wicklungen haben. Erhöht man die Anzahl der Wicklungen an der Sekundärspule, dann erhöht sich auch die induzierte Spannung. Der umgekehrte Fall gilt aber auch! So kann aus einer 220 V Wechselspannung durch Verminderung der Anzahl der Sekundärwicklungen eine weit geringere Spannung erzeugt werden. Das ist der Grund, weshalb viele elektronische Geräte wie Fernseher oder Radio ein Netzteil mit einem eingebauten Transformator verwenden.

Wissenswerte Fakten zum Transformator
-Die Frequenz der Wechselspannung an der Sekundärwicklung ist grundsätzlich gleich der Frequenz an der Primärwicklung.
-Mit Gleichstrom funktioniert der Transformator nicht.
-Die Anzahl der Wicklungen bestimmt die erzielte Spannung an der Sekundärwicklung. Mehr Wicklungen als an der Primärspule = höhere Spannung und umgekehrt.
-Der Eisenkern besteht oft aus einer Packung isolierter, dünner Bleche, um Wirbelstromverluste darin zu minimieren.
-Man kann an der Sekundärwicklung an mehreren, verschieden Stellen den Draht "anzapfen" - dadurch können gleichzeitig verschiedene Spannungen entnommen werden.
-Statt Eisenkernen können auch andere Materialien (z.B. Ferrit) verwendet werden, das ist bei Anwendungen mit hohen Frequenzen sinnvoll.
-Es gibt auch Transformatorenkerne in Ringform (Ringkern-Transformator)


Foto 1: © mipan - Fotolia.com
Foto 2: © JPS - Fotolia.com (Ringkerntransformator)



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