Transformator

Ein realer Transformator besteht im Wesentlichen aus zwei oder mehreren Spulen sowie einem gemeinsamen Eisenkern. Die Wicklungen eines Trafos sind in der Regel aus isoliertem Kupferdraht angefertigt und befinden sich aufgewickelt (Spulenkörper) auf dem Eisenkern.
An der Primärwicklung des Transformators wird die Eingangsspannung angelegt. Deswegen wird die Spule an der Primärseite oft Primärspule genannt. Durch die Wechselspannung and der Primärspule entsteht aufgrund von Induktivität ein wechselndes Magnetfeld. Der magnetische Fluss durchdringt die Sekundärspule mit Hilfe des Eisenkerns. An der Sekundärseite des Transformators kann somit die Ausgangsspannung entnommen werden. Entsprechend der Primärseite wird die Spule an Sekundärseite, Sekundärspule genannt. Das Wicklungsverhältnis der Primär- und Sekundärspule definiert, ob die Ausgangsspannung kleiner oder größer ist als die Eingangsspannung. Ist die Windungszahl der Sekundärspule größer als die der Primärspule, so ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung. Wenn jedoch die Windungsanzahl der Sekundärspule geringer ist, dann ist die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Besitzen beide Spulen gleich viele Windungen mit Draht umwickelt, dann entspricht die Ausgangsspannung der Eingangsspannung. Ein Transformator funktioniert nur mit Wechselspannung. Entscheidend für die Veränderung der Leistung bzw. Spannung oder Stromstärke ist das Verhältnis der Windungszahlen. Es ist wichtig zu beachten, dass der Transformator dabei entweder die Spannung oder die Stromstärke erhöhen oder mindern kann. Der jeweilige Gegenspieler wird sich dann im gleichen Maße mindern oder erhöhen.
Neben den Spulen ist der Eisenkern ein wichtiger Bestandteil eines Transformators. Ein Eisenkern besteht oft aus Eisenpulver, Ferrit oder Silizium-Stahl Legierungen. Auf den Eisenkern sind die Spulen mit Draht aufgewickelt, um zwischen ihnen eine magnetische Verbindung herzustellen.
Die Qualität des Trafokerns wirkt sich auf den magnetischen Kreis aus. Der magnetische Kreis eines Trafo (Magnetfeld) sollte idealerweise geringe Wirbelstromverluste erzeugen und geringe Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) besitzen. Ein weiterer Aspekt sind die Widerstände in der Wicklung eines Trafo. Nur mit lagenweise und geordneten Windungen auf der Primärspule und der Sekundärspule und dem besten Wicklungsmetall kann man die Wicklungsverluste reduzieren. Mit Anzahl der Windungen auf der Spule wird die Spannung geregelt. Die Stromstärke bestimmt den Durchmesser des Wicklungsmetalls.

Transformator
Transformator1
Transformator3

Mathematische Zusammenhänge am Transformator

Ist die Windungszahl der Sekundärspule größer als die Windungszahl der Primärspule ist auch die        Sekundärspannung größer als die Primärspannung.

Ist die Windungszahl der Sekundärspule kleiner als die Windungszahl der Primärspule ist auch die Sekundärspannung kleiner als die Primärspannung.

Das Verhältnis der Windungszahlen N2/N1 gibt an, mit welchen Faktor die Spannung verändert wird.

Das Verhältnis der Windungszahlen N2/N1 entspricht dem Verhältnis der Spannungen U2/U1.

Für den Zusammenhang zwischen den Spannungen und den Windungszahlen am Transformator können wir festhalten:

                      N2 / N1 = U2 / U1

Stromstärke am Transformator

Ist die Windungszahl der Sekundärspule größer als die Windungszahl der Primärspule ist die Sekundärstromstärke kleiner als die Primärspannung.

Ist die Windungszahl der Sekundärspule kleiner als die Windungszahl der Primärspule ist die Sekundärstromstärke größer als die Primärspannung.

Das Verhältnis der Windungszahlen N1/N2 gibt an, mit welchen Faktor die Stromstärke verändert wird.

Das Verhältnis der Windungszahlen N2/N1 entspricht dem Verhältnis der Stromstärken I1/I2.

                           N2 / N1 = I1 / I2

Entscheidend für die Veränderung der  Spannung bzw. Stromstärke ist jeweils das Verhältnis der Windungszahlen.
Der Energieerhaltungssatz bleibt erfüllt und die Leistung ändert sich nicht.
P = U * I  ist im Primär- und Sekundärbereich gleich