Aus was besteht ein Transformator?
Ein Transformator besteht doch nur aus einem u förmigen Eisenkern, einer Primarspule, einer Sekundärspule und einem Joch oder?
5 Antworten
Wenn du das Vorzeigeding aus dem Physikunterricht meinst: Ja, zwei Spulen, ein "U" und ein "I". Das steckt der Lehrer dann so zusammen, dass es ein Trafo wird.
Der Aufbau von realen Trafos sieht selten so aus. Vor allem kann man bei einem realen Trafo nicht einfach das "I" abnehmen, weil das unsinnig wäre. Meistens sind beide Wicklungen im Inneren einer "8" oder auf einen Ring gewickelt.
Ein Transformator besteht mindestens aus einer Spule, meistens zwei oder mehr.
Die Primärspule ist die Spule oder der Spulenteil durch den man Strom hinein gibt. Die erzeugt dann ein Magnetfeld das seine stärke ständig verändert.
Die Sekundärspule induziert einen von der Änderung des Magnetfeldes abhängigen Strom.
Es muss nicht zwei Spulen geben, eine alleine reicht. Man kann einen Mittelabgriff in der Spule benutzen und einen Teil der Spule doppelt, also sowohl als Primär als auch als Sekundärspule benutzen. Das wird auch "Spartrafo" genannt und wird auch bei Zündtransformatoren (Benzinmotor) und Zeilentrafos (Röhrenfernseher) verwendet. Immer dann, wenn es nicht auf eine galvanische Trennung der beiden Seiten ankommt. So spart man dann nicht nur Kupfer sondern erhöht den Wirkungsgrad. Denn je weiter die Spulen eines Trafos voneinander entfernt sind, desto mehr Energie geht verloren. Ist die Sekundärspule Teil der Primärspule (oder umgekehrt), dann dann ist der Abstand ja perfekt Null.
Nimmt man eine Spule und hat einen Abgriff genau in der Mitte, kann man zum Beispiel 230V über die ganze Spule anlegen und bekommt zwischen Mitte und einer der Außenseiten 115V heraus. Das kann man nutzen um Amerikanische Geräte die 115V brauchen an das deutsche Stromnetz anzuschließen. Sind die Spulen blank und man kann einen Schleifer über die Spule schieben, hat man einen Stelltrafo, kann also die Spannung durch verschieben des Schleifers einstellen.
Da sich das Magnetfeld rund um die Spule in den Raum ausbreitet, verliert man natürlich Energie die man ja übertragen will. Also muss man das Feld "festhalten". Das macht man am einfachsten mit einem magnetischen Material wie Eisen. Das konzentriert das Magnetfeld in den Spulen bzw. leitet das Feld von der Primärspule in die Sekundärspule.
Im Physikunterricht muss man die Spulen ja auf das Eisen drauf bekommen, also nimmt man einfach ein U-Förmiges Eisen und schließt die Lücke mit dem Joch. Das ist zwar "um Welten" besser als nur Luft, hat aber gewaltige Nachteile. Der Übergang zwischen U und Joch erzeugt eine Störung im Magnetfeld. Der magnetische Kreislauf ist also nicht ganz geschlossen was Verluste verursacht. Außerdem wirkt der solide Kern dann zum Teil wie ein dicker, geschlossener Draht, also wie eine zweite Sekundärspule mit einer Windung die auch noch Kurzgeschlossen ist. Damit wird dann Energie abgezogen die den Kurzschluss füttert und so Energie in Wärme umwandelt.
Ein "richtiger" Transformator besteht deswegen aus U-Förmigen Blechen die zur Isolation lackiert sind. Die werden dann abwechselnd von oben und unten eingesteckt und verhalten sich durch die Überlappung fast wie ein geschlossener Kern, leiten aber keinen Strom unter sich weiter. Damit wird dann der Wirkungsgrad maximiert.
Noch besser ist der Ringkerntrafo. Hier sind O-Förmige lackierte Bleche aufeinander gestapelt. Dadurch geht noch weniger Magnetischer Fluss in die Umgebung verloren. Die sind aber schwieriger her zu stellen da man die Spulen ja aufwändig um den geschlossenen Ringkern herum wickeln muss. Der zweite Vorteil des Ringkerntrafos ist, dass die Spulen übereinander gewickelt werden und so nur minimalen Abstand zueinander haben. Um zu verhindern, dass Strom von der Primärseite direkt auf die Sekundärseite gelangen kann wenn die Wicklungen beschädigt werden oder der Lack zerbröselt, muss man eine geerdete Folie zwischen die Spulen einbauen damit es einen Kurzschluss gibt wenn die Primärspule nicht mehr vollständig isoliert ist. Deswegen kann man Ringkerntrafos nur bei Geräten der Schutzklasse 1 verwenden, also nur bei Geräten mit Schutzleiter.
Das Gegenteil vom Ringkerntrafo ist der "Sicherheitstrafo". Der wird vor allem als Schutztrenntrafo eingesetzt. Hier hat man dann wie im Physikunterricht zwei getrennte Spulen mit extra dickem Plastik zwischen der Spule und dem Blechpaket und die Kammern haben einen großen Abstand zueinander. Schlechter Wirkungsgrad, aber hoher Schutz gegen Stromunfälle bei Defekten. Oft halten diese Trafos auch viele tausend Volt zwischen Primärseite und Sekundärseite aus und schützen die Ausgangsseite damit auch vor Blitzschlägen
Der Eisenkern kann entfallen (im Prinzip - der Transformator hat dann aber einen schlechten Wirkungsgrad) oder aus Ferrit (für Hochfrequenz) sein. U-Form plus Joch gibt es nur für Demonstrationszwecke. Typisch so:
https://www.schmitz-peter.de/Trafoblech.htm
wobei beide Wicklungen auf dem mittleren Schenkel sitzen. Oder auch so was:
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/ringkerntrafo_120_va_2x_12_v_2x_5_0_a-15262
Zwei Spulen sind auch nur dann nötig, wenn evtl. jemand ranfassen könnte:
Woraus den somnst? Ein Plastikgehäuse, damit du keinen elektrischen Schlag bekommst, und Stecker un die Kabel anzuschließen.
Eventuell enen Drehregler, womit ein elektrischer Kontakt an verschiedenen Bereichen der Spule abtasten kann um eine gewünste Spannung zu bekommen.
Ja, und vielleicht noch vier Buchsen zum Anschließen von Kabeln.