Lehrstoffverteilung Fachkunde / Fachrechnen / Fachzeichnen / Laborübungen 
Fragen Lehrstoffverteilung Fachkunde / Fachrechnen / Fachzeichnen / Laborübungen Fragen
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Einphasentransformator |
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Ruheinduktion: Wenn sich in einer Spule der Magnetische Fluss F ändert, wird zwischen den elektrischen Polen der Spule eine Spannung U0 induziert.
Dafür schreiben wir das sogenannte Induktionsgesetz:
| U0.......induzierte Spannung in V | |
| N.........Windungszahl der Spule | |
 .....Flussänderung in Weber/Sekunde |
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Auf einem gemeinsamen Kern sitzen zwei getrennte Spulen. Die erste sogenannte Primärspule erzeugt aus Wechselstrom das Wechselfeld im Eisenkern. Die zweite sogenannte Sekundärspule erzeugt aus dem Wechselfeld eine Wechselspannung.
Prinzipiell sind die Primär- und die Sekundärspannung 180° phasenverschoben. In der Praxis ist das erst wichtig, wenn mehrere Trafos zusammengeschaltet werden müssen.
Er besteht aus Blechen, die gegeneinander isoliert und mit Si-legiert sind. Dabei werden je nach Anforderung verschieden Blechschnitte verwendet.
Die Isolierung zwischen den Blechen soll Wirbelströme verhindern, da diese den Kern unnötig erhitzen würden.
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Sie wird bei kleinen Trafos häufig verwendet. Das Problem kann die hohe Lagenspannung werden (Summe der Windungsspannung pro Lage). Je höher die Spannung umso problematischer ist die Isolationsbeanspruchung der Lackdrähte. Ein Durchschlagen der Spannung kann durch einlegen von Lagenisolierungen verhindert werden.
Sie wird nur bei großen Trafos mit sehr hoher Spulenspannung (über 1kV) verwendet. Die benötigte Windungszahl wird in einzelnen voneinander isolierten Spulenkörpern untergebracht. Die gesamte Spule wird so in einzelne Scheiben zerlegt. So ist die Isolierung und die Kühlung zwar besser aber der Platz für die Kupferleiter wird dafür weniger.
Sie wird nur bei Trafos mit kleinen Spannungen aber großen Strömen verwendet (Schweißtrafos). Oft wird statt Cu Aluminiumfolie eingesetzt.
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Es gibt den Zusammen zwischen N1 und N2, U1 und U2, oder I1 und I2 an.
Das zeigt auf einfache Art den Zusammenhang der Größen bei einem "Idealen Trafo". Die Verluste interessieren uns dabei nicht.
Aus der Gleichung lässt sich für eine bestimmte übertragene Leistung für einen Trafo sagen:
Je höher die Spannung, desto mehr Windungen hat die Spule und desto kleiner ist der fließende Strom.
Ein Transformator überträgt elektrische Energie von der Primärseite zur Sekundärseite. Daher liefert die Ausgangsseite idealerweise die selbe Leistung, welche die Eingangsseite aufnimmt.
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Wenn der Trafo keine Leistung abgibt, müsste er auch nichts aufnehmen. Trotzdem fließt ein kleiner Strom, der Leerlaufstrom I0. Der größte Teil des Leerlaufstromes (Im) magnetisiert den Eisenkern, ist also ein reiner Blindstrom. Ein kleiner Teil des I0 (der IFe) erwärmt aber den Eisenkern, er ist dagegen ein reiner Wirkstrom.
Die Aufteilung des Leerlaufstromes in einen Magnetisierungsstrom (=Blindstrom) und einen Heizstrom (=Wirkstrom) bedingt gedanklich die Parallelschaltung eines Wirk- und eines induktiven Blindwiderstandes.
Dadurch entsteht ein Stromdreieck (=bildliche Version des ersten Kirchoffschen Gesetzes). Das Zeigerdiagramm sieht folgendermaßen aus:
| I0......entspricht dem Messwert des Leerlaufstromes | |
| IFe....Wirkanteil des Leerlaufstromes (Fe-Heizung) | |
| Iµ.....Blindanteil des Leerlaufstromes (Magnetisierung) |
I0 ist 10 bis 20% des Primärnennstromes.
Die Messung zeigt, dass ab der Nennspannung des Trafos der Leerlaufstrom sehr viel stärker zu steigen beginnt. Wird die Spannung zu stark erhöht würde die Trafospule auch ohne Belastung verbrennen.
Begründung:
Ab der Fe-Sättigung kann die Gegenspannung nicht mehr steigen. Wird nun die angelegte Spannung trotzdem weiter gesteigert, erhöht sich die treibende Spannung und damit der Strom in der Spule übermäßig.
Sie ist die anstehende Spannung auf der Sekundärseite des nicht belasteten Trafos. (manchmal U20 genannt)
Sie hängt ab von
ist interessant)Das Induktionsgesetz kann jetzt als sogenannte Trafo-Hauptformel geschrieben werden:
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Verluste werden immer in Form von Wärme abgegeben. Sie entstehen im Eisenkern und in den Wicklungen. Gäbe es keine Verluste, würde der Trafo im Leerlauf keinen Strom aufnehmen, weil er erst aktiv werden muss, wenn es Leistung zu übertragen gibt, also wenn er belastet wird. Dieser I0 ist also ein Maß für die Verluste.
Wir unterscheiden
| Leerlaufverluste | Verluste bei Belastung | |
| Entstehen hauptsächlich im Fe-Kern | ¼ Fe-Verluste | |
| Wirbelstromverluste | Ummagnetisierungsverluste | ¾ Cu-Verluste Bei Belastung steigt der Wirkstromanteil, was zu immer mehr Stromwärme führt. |
Gemindert durch:
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Gemindert durch:
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Der Trafowirkungsgrad liegt zwischen 70 und 95%, je nach Trafogröße.
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Durch die Belastung fließt in der Sekundärspule ein Strom, der zum Magnetfeld der Primärspule (Φ1) ein Gegenfeld (Φ2) aufbaut. Damit steigt der magnetische Widerstand des Fe-Kerns. Im Eisenkern ist bildlich gesprochen weniger Platz für Feldlinien so beginnen sie sich über Luft zu schließen.
Der Trafo beginnt zu streuen, je mehr Feldlinen sich nicht mehr über Eisen schließen können.
Die derart verlorenen Feldlinien können keine Energie von der Primär- zur Sekundärseite mehr übertragen.
Die Größe der Streuung hängt ab von:
Trafos können dank der Streuung die Ausgangsspannung und damit die Belastung auch "regeln".
Man kann Trafos so bauen, dass sie ihre Spannung so lange wie möglich halten (=spannungssteif), oder auch so, dass sie bei großen Strömen die Spannung herunterfahren und damit zu große Ströme verhindern (=spannungsweich).
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Trafos zu Schutzzwecken müssen getrennte Wicklungen haben. Sie können als Trenntrafos (ü = 1:1) oder Kleinspannungstrafos (U2 = 65V/24V/12V/9V ...) verwendet werden. Auch Netztrafos für Erzeugung von Gleichspannungen sind spannungssteif, müssen aber nicht im selben Maße isoliert ausgeführt sein.
Diese Trafos sind in der Regel kurzschlussfest und werden für Elektroschweißgeräte, Klingelanlagen oder auch Zündtrafos für Hochdrucklampen verwendet.
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