Physik?

6 Antworten

Die Primär- und die Sekundärspule sind über einen Eisenkern, der den magnetischen Fluss gut leitet miteinander verbunden. Immer wenn sich dieser magnetische Fluss ändert wird in beiden Spulen eine elektrische Spannung induziert.

Die Spannung in der Primärspule begrenzt den einfließenden Strom, denn sie ist der Betriebsspannung entgegengesetzt.

Dass Verändern des Magnetfeldes erzeugt in einem Leiter, der sich in dem Magnetfeld befindet, eine elektrische Spannung.

Du siehst, man muss nur dafür sorgen, dass sich das Magnertfeld verändert. Bei Wechselstrom (Steckdose) passiert das 50 mal in der Sekunde. Bei Gleichstrom nur beim Ein- und Ausschalten. Allerdings würde beim ständigen Eion- und Ausschalten von Gleichstrom auch eine Sekundärspannung entstehen.

Es kommt demnach nicht darauf an, ob Wechsel- oder Gleichstrom, sondern ob sich das Magnetfeld auf und abbaut.

Von Experte spelman bestätigt

man könnte es auch so betrachten dass durch die Wechselspannung in der Primärspule ein Magnetfeld mit gleicher Frequenz im Eisenkern auf und abgebaut wird. Dies gelangt durch die Sekundärwicklung und induziert durch die Änderung eine Wechselspannung die auch 50 Hz beträgt.

Würde man da Gleichspannung an Primärwicklung anlegen ändert sich das Magnetfeld in der Sekundärwicklung nicht. Somit wird sekundär auch keine Spannung induziert

Im Transformator wird durch den an der Primärspule anliegenden Wechselstrom ein Magnetfeld erzeugt. Dieses sich ändernde Magnetfeld bewegt Elektronen in der Sekundärspule. Man nennt das Induktion.

Die Spannung in der Sekundärspule entsteht durch das magnetische Wechselfeld. Dazu ist keine leitende Verbindung zur Stromquelle nötig.

Bei Gleichstrom würde sich das Magnetfeld der Primärspule nicht ändern, und deshalb würde in der Sekundärspule keine Spannung entstehen.

Ein Transformator kann deshalb nur mit Wechselstrom funktionieren.

Das nennt man induktive Kopplung. Hierbei sind die Systeme Primärseitig und Sekundärseitig induktiv miteinander gekoppelt.

Mit einer Gleichspannung funktioniert das nicht, da der Strom hier konstant währe, wir brauchen im elektrischen Stromfluss eine periodische Änderung, damit das funktioniert, dies ist bei einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Gleichspannung gegeben.

Das heißt der Transformator lebt von der Gültigkeit des Induktionsgesetzes und ohne Magnetfeldänderung welcher von einen elektrischen Leiter erfahren wird, wird nichts induziert.

Für Ideale Transformatoren gilt das Spannungsverhältnis U1/U2=N1/N2

Das Verhältnis U1 zu U2 zueinander ist das gleiche wie das Verhältnis der Windungen N1 und N2 zueinander. Das gilt auch für Transformatoren im Leerlauf. Ein Transformator im Leerlauf ist ein Transformator an dem Sekundärseitig keine Last angeschlossen wurde.

Für den Realen Transformator hingegen ergibt sich folgendes Ersatzschaltbild:

Hier wird die Rechnung schon etwas anspruchsvoller, Wir haben Unsere Kupferverluste die in der Primär und Sekundärspule entstehen, das sind die Widerstände R1 und R2, dann haben wir an der Primärspule und der Sekundärspule induktive Widerstände L1 und L2

Parallel zur Sekundärseite haben wir dann noch die magnetischen Verluste, dabei handelt es sich um Magnetfeldlinien, die sich nicht im Eisenkern schließen und die Eisenverluste des Eisenkerns Rfe, die dadurch Zustande kommt, dass der Eisenkern z.b. zum Schwingen angeregt wird, es kommt du dem berühmten 50Hz summen, im Eisenkern entstehen außerdem Wirbelströme, die zur Erwärmung des Eisenkerns beitragen usw. Das alls entspricht zusammen Gefasst die Verluste des Eisenkerns, alles Energie, die nicht zum eigentlichen Zweck des Transformators beitragen.

Am Ende erhalten wir einen Wirkungsgrad des Transformators, mit dem wir die übertragene Leistung berechnen können. Pab=Pzu-Pv

Also Die Abgegebene Leistung auf der Sekundärseite ist genau die Differenz der Zugeführten Leistung - der Verlustleistung.

Aus dem Verhältnis zwischen Pab und Pzu erhält man den Wirkungsgrad η

η=Pab/Pzu

Beispiel:

Ein Transformator wird Netzseitig mit einer Spannung von 230V gespeist. Die Sekundärspannung beträgt 24V. Die Windungszahl der Primärspule beträgt 560 Windungen. Wie groß ist die Windungszahl auf der Sekundärseite?

U1/U2=N1/N2 => N2=N1*U2/U1=560*24V/230V=58,43

Nun kommt es auf der Primärseite zum Stromfluss I1=0,2A wie groß ist der Strom auf der Primärseite?

Für den Idealen Transformator nehmen wir an, das die Leistung P1=P2 ist.

P1=P2

U1*I1=U2*I2 => I2=U1*I1/U2=230V*0,2A/24V=1,916A

In diesem Fall wurde die Leistung P1 1:1 übersetzt. Das ist die große Sache des idealen Transformators. Für einen Realen Transformator können wir das nicht machen. Nehmen wir an der Wirkungsgrad des Transformators hat 90% Das heißt 10% der Energie wird in Wärme etc umgewandelt und ist Verlust. Daraus ergibt sich für P2

P2=P1*η

U2*I2=U1*I1*η

I2=U1*I1*η/U2=230V*0,2A*0,9/24V=1,725A

Wir sehen, der Strom wird kleiner. Für die Leistung ergibt sich:

Pzu=230V*0,2A=46W

Pab=24V*1,725A=41,4W

Das soll noch mal den unterschied zwischen einen idealen und einen Realen Transformator verdeutlichen. Da Verluste dieser Art unvermeidlich sind, gibt es den Idealen Transformator in der Praxis eigentlich gar nicht. Der Ideale Transformator ist rein theoretischer Natur und soll lediglich durch Vereinfachungen dabei helfen, das Thema besser zu verstehen.

 - (Schule, Technik, Technologie)
Von Experte newcomer bestätigt

Diesen Effekt nennt man magnetische Induktion.

Da es eine Voraussetzungen ist, dass sich für eine Induktionsspannung das magnetische Feld in der Spule ändern muss und der mechanische Aufbau eines Transformators keine beweglichen Teile hat funktionieren die nur mit Wechselspannung.

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