Wie verhält sich ein Trafo wenn man einen Lastwiderstand anschließt?
Die Frage steht im Titel. Komme leider mit meinen Google Recherchen nicht so weit das ich sagen würde ich verstehe es. Danke im voraus für jegliche Hilfe!
3 Antworten
Im unbelasteten Zustand verhält sich ein Transformator nahezu wie ein idealer Transformator und es gilt:
U1/U2=N1/N2
Im belasteten Zustand verhält sich der Transformator wie ein realer Transformator. Dazu muss man sich jedoch den Realen Transformator anschauen, denn hier kommt das Ersatzschaltbild eines realen Transformator zum Einsatz.
Der ideale Transformator heißt so, weil dieser Verlustlos ist. Es handelt sich um einen theoretischen Transformator, welcher lediglich das Prinzip des Transformators darstellen soll. In der Realität ist ein Transformator natürlich nicht Ideal, denn ein Transformator wird z.b. Warm, fängt unter umständen an zu Summen oder die magnetischen Felder schließen sich nicht vollständig im Eisenkern. Das ist alles Energie die dann logischerweise bei der Übertragung nicht Teilnimmt. Wie groß diese Energie in der Summe ist, kann man z.b. durch den Wirkungsgrad des Transformators berechnen.
Nun gibt es aber nicht nur eine Möglichkeit den Transformator zu belasten, es gibt verschiedene Lasten. Eine Last kann ohmscher Natur sein, sie kann aber auch kapazitiv und oder induktiv sein. Je nach dem wie die Belastung aussieht verändert sich das Betriebsverhalten im schlimmsten Fall kann es sogar zu einer Überspannung kommen.
Um das zu verstehen müssen wir uns den Transformator näher anschauen. Beim realen Transformator geht es hauptsächlich um folgende Verluste:
- Kupferverluste. Diese treten bei den Wicklungen des Transformators auf und ist ohmscher Natur. Sie kann im Ersatzschaltbild also betrachtet werden wie ein ohmscher Widerstand. Diese treten logischerweise Sekundärseitig und Primärseitig auf, da wir 2 Wicklungen haben (einfacher Wechselstromtransformator).
- Streureaktanz. Mit "Streureaktanz" bezeichnen wir die Magnetfeldlinien, die nicht im Eisenkern geschlossen werden und sich in der Luft schließen, auch sie tragen nicht zur Energieübertragung bei. Diese können betrachtet werden wie einfache Induktivitäten, welche in Reihe zu den Kupferverlusten sowohl Primär als auch Sekundärseitig liegen.
- Eisenverluste: Bei der Energieübertragung wird nicht nur eine Spannung in die Sekundärseite induziert sondern auch in den Eisenkern, dies führt zu Wirbelströmen im Eisenkern was zu Wirbelfeldern im Eisenkern sorgen, der Eisenkern erhitzt sich und fängt an zu schwingen. Man spricht bei Netztransformatoren vom berühmten "50Hz Summen".
Wir erhalten folgendes Ersatzschaltbild:
XH ist hier die Hauptreaktanz also unsere eigentliche Induktivität.
Ja was ist den jetzt Primär und was ist Sekundärseite. Dazu muss man wissen, dass die Sekundärseite auf die Primärseite mithilfe des Übersetzungsverhältnisses ü umgerechnet wurde, so erhält man ein Schaltbild was die Berechnung deutlich vereinfacht. Das Strich bei den Größen der Sekundärseite kennzeichnet, dass es sich um die umgerechnete Größe handelt. Um den richtigen Wert zu erhalten muss die Größe später wieder zurück gerechnet werden.
Um die einzelnen Größen nun zu ermitteln wird ein Leerlauf und ein Kurzschlussversuch durchgeführt. Dadurch können wir einige Größen herausmessen, wie die aufgenommene Leistung im Leerlauf, den Strom etc. und das Ersatzschaltbild vereinfacht sich deutlich.
Der Querzweig aus Hauptreaktanz und Eisenverlust ist vom Betrag her viel größer als die Längsimpedanz aus Kupferverlusten und Streureaktanz. außerdem verschwindet der rechte Teil der Längsimpedanz komplett, da durch ihm kein Strom im Leerlauf fließt. Der linke Teil kann komplett vernachlässigt werden, da die Verluste hier viel zu gering sind als das diese hier groß ins Gewicht fallen. Es bleibt also nur die Eisenverluste die ohmscher Natur sind und die Hauptreaktanz.
Wenn man dann weiß, dass die Hauptreaktanz rein induktiver Natur ist und die Eisenverluste rein ohmsch ist, dann weiß man auch, dass die Wirkleistung nur bei den Eisenverluste umgesetzt werden kann. So ist die Leistung und die Spannung gegeben und man hat alles was man braucht um seinen Widerstandswert zu berechnen.
Über die geometrische Addition lässt sich dann der imaginär Anteil des Stroms berechnen, die Spannung ist ja bei beiden gleich, da sie parallel liegen und auch hier lässt sich jetzt ganz einfach der induktive Blindwiderstand berechnen.
Nun wird ein Kurzschlussversuch durchgeführt. Da der Widerstand des Querzweiges hier viel viel größer ist, fällt dieser weg die Verluste werden also hauptsächlich in der Längsimpedanz umgesetzt. Das Schaltbild lässt sich noch weiter vereinfachen indem wir die beiden Widerstände zusammenfassen. So bleibt auch hier nur noch ein Kupferverlust und eine Streureaktanz. Aber Moment mal! Woher wissen wir jetzt wie groß die einzelnen Widerstandswerte sind wenn wir das ganze wieder zurück rechnen wollen?
Nun. Hier kommt uns die T-Symmetrie zur Hilfe. Die besagt, dass ein Transformator so gebaut wird, dass die Kupferverluste und die Streureaktanzen vom Wert her gleich groß sind. Wir brauchen am Ende die einzelnen Werte also nur durch 2 zu teilen um auf die einzelnen Widerstandswerte zu kommen.
VORSICHT! Im Kurzschlussversuch wird die Sekundärseite kurzgeschlossen es währe deshalb sehr blöd den Transformator Primärseitig mit der Nennspannung zu versorgen. Daher wird die Spannung Primärseitig langsam erhöht bis Primärseitig der Nennstrom fließt. Die Spannung bei dem der Nennstrom fließt nennt man dann "relative Kurzschlussspannung" uk.
Kommen wir nun zum Betriebsverhalten des Transformators. Das ist der schwierigste Teil, denn viele tun sich schwer mit dem Kappschen Dreieck. Wir belasten den Transformator so, sodass der Nennstrom fließt. Der Querzweig kann also vernachlässigt werden uns interessiert nur die Längsimpedanz. Wir fassen wieder die Widerstände zusammen um uns das Ersatzschaltbild zu vereinfachen:
In dem folgenden Video wird das Kappsche Dreieck näher erklärt. Ich denke hierzu ist es wichtig sich das Zeigerbild genauer zu verdeutlichen, rein mit Worten empfinde ich es dann doch als eher schwierig:
https://www.youtube.com/watch?v=2Dt-yIDwR0Q&t=137s
Also ganz so einfach ist es nicht zu sagen wie sich ein realer Transformator sich im Betrieb verhält, wir sehen, dass das Betriebsverhalten des Transformators stark von der angeschlossenen Last abhängt. Es ist also wichtig zu wissen ob wir es mit Induktivitäten zutun haben, mit Kapazitäten oder ob es sich um eine rein ohmsche Last handelt.
Das ist die Berechnung an einem Wechselstromtransformator. Wie sieht es aber an einem Drehstromtransformator aus? Antwort: Genauso! Voraussetzung ist, dass der Drehstromtransformator in den drei Phasen symmetrisch aufgebaut ist.
Wichtig hier ist, dass das Übersetzungsverhältnis ü von der Verschaltung des Transformators abhängig ist. Also ob der Transformator Primär und Sekundärseitig in Stern, Dreieck oder Zickzack geschaltet wird.
Hoffe ich habe hier nichts verkehrtes geschrieben, das war jetzt auch bei mir eine Weile her.
Er verhält sich grundsätzlich wie jede reale Quelle:
- Ohne Widerstand hat eine Leerlaufspannung (unbelastete Spannung)
- Mit Lastwiderstand sinkt seine Spannung etwas. Abhängig von den Trafodaten und vom Widerstand der Last.
du kannst es mit google ganz einfach herausfinden....
du googlest mal nach
- transofmator
- lastwiderstand
- mutlimeter
von den ersten beiden posten kaufst du dir je einen. vom 2. posten mal zweie.
dann kannst du versuchsaufbauten machen und selbst schlüsse ziehn
lg, anna