Transformator Pp=Ps

Transformator
Experiment:
Zwei Spulen werden durch einen gemeinsamen Eisenkern mit Joch
verbunden (siehe Skizze). So ein Bauteil heißt Transformator.
Joch
Primärkreis
Sekundärkreis
Schaltsymbol:
UP
Primärspule
nP = 250
Sekundärspule
nS = 250
Beobachtung: Wird eine Gleichstromquelle an den Primärkreis angeschlossen, so leuchtet
das Lämpchen im Sekundärkreis nur beim Ein – und Ausschalten kurz auf.
Sonst leuchtet es nicht.
Wird die Gleichstromquelle durch eine Wechselstromquelle ersetzt, so
leuchtet das Lämpchen dauerhaft.
Erklärung:
Wenn sich der Strom in der Primärspule ändert, ändert sich das Magnetfeld
der Primärspule.
Das sich ändernde Magnetfeld durchdringt wegen des geschlossenen
Eisenkerns auch die Sekundärspule. Also ändert sich auch das Magnetfeld in
der Sekundärspule.
Dann wird in der Sekundärspule eine Induktionsspannung induziert, die einen
Strom hervorruft, der das Lämpchen leuchten lässt.
Überlegung:
Die in der Sekundärspule induzierte Spannung sollte von den
Windungszahlen np der Primärspule und nS der Sekundärspule abhängen.
Durch Experimente und Überlegung finden wir:
Transformator“gesetze“
An der Spule mit der kleineren Windungszahl liegt die kleinere Spannung an, an der
Spule mit der größeren Windungszahl die größere Spannung.
In der Spule mit der kleineren Windungszahl fließt der größere Strom, in der Spule mit
der größeren Windungszahl fließt der kleinere Strom.
Dies folgt sofort aus der Überlegung, dass im Idealfall gilt:
P p =P s , also
U p⋅I p =U s⋅I s
Wirkungsgrad von Transformatoren
Wie bei allen Energieumwandlungen entstehen auch bei Transformatoren Energieverluste:
•
•
•
•
Wärmeentwicklung in den Spulen (ohmscher Widerstand)
Wärmeentwicklung im Eisenkern wegen des ständigen Ummagnetisierens
Wirbelströme (nur kleine, da die Eisenkerne geblättert sind)
Magnetische Streufelder (das Magnetfeld der Primärspule wird nicht vollständig in
die Sekundärspule übertragen)
Wirkungsgrad eines Trafos
=
Es Ps
=
Ep Pp
Der Wirkungsgrad technischer Transformatoren liegt zwischen 95% und 99%.
Anwendungen von Transformatoren
1.
Niederspannungstransformatoren
nP > nS
→
Die Sekundärspannung ist kleiner als die Primärspannung.
Anwendung: In allen elektrischen Geräten, die keine 230V vertragen, wie:
Handy-Aufladestationen, Anrufbeantworter, Drucker etc
2.
Hochspannungstrafos
nP << nS
Die Primärspannung ist viel kleiner als die Sekundärspannung.
Experiment: np = 500, nS = 23000
Zwischen den auf die Sekundärspule gesteckten Elektroden ist ein Lichtbogen zu
beobachten.
3.
Hochstromtransformatoren
nP >>nS
Der Sekundärstrom ist viel größer als der Primärstrom.
Experiment: nP = 500, nS = 5
Der Strom im Sekundärkreis ist so hoch, dass ein Nagel, der den Stromkreis schließt
innerhalb von wenigen Sekunden schmilzt.
Anwendung: Schweißtrafo