Trafoaufbau - s-hb.de VIRTUAL CLASSROOM

Der Aufbau eines Transformators
(unbelastet)
Ein Transformator besteht aus zwei Spulen, die mit durch einen geschlossenen
Eisenkern verbunden sind.
Die Spulen werden Primärspule bzw.
Feldspule und Sekundärspule bzw.
Induktionsspule genannt.
Primär- und Sekundärspule sind nicht
elektrisch leitend verbunden.
Jeder Strom ist von einem Magnetfeld
umgeben. Die Primärspule wird an eine
Wechselspannung angeschlossen. Der in der
Spule fließende Wechselstrom erzeugt ein
sich in der Wechselstromfrequenz in der
Stärke und Richtung fortlaufend änderndes Magnetfeld. Jede Änderung eines
Magnetfeldes induziert einen Strom in der Sekundärspule.
Durch den geschlossenen Eisenkern (U-Kern) sind die Spulen magnetisch gekoppelt. Das
magnetische Wechselfeld wird über den Eisenkern auf die Sekundärspule übertragen.
Das veränderte Magnetfeld induziert hier einen Stromfluss.
Der Transformator würde auch ohne Eisenkern funktionieren, jedoch wäre die
Übertragung wesentlich schlechter.
Im Leerlauf, also im unbelasteten Fall (Spulenenden offen), kann an den Enden
der Sekundärspule die Sekundärspannung U2 gemessen werden.
Wie lässt sich die Sekundärspannung verändern?
Primärspule
N1
Primärspannung
Sekundärspule Sekundärspannung
U1 in V
N2
U2 in V
U1/U2
a) Windungszahlen werden verändert:
600
12
600
1200
12
600
300
12
600
b) Primärspannung wird verändert:
600
24
600
1200
24
600
300
24
600
Ergebnis:
http://home.arcor.de/a-zietlow
http://www.s-hb.de/~zietlow
N1/N2
Der Aufbau eines Transformators
(unbelastet) - LÖSUNG
Ein Transformator besteht aus zwei Spulen, die mit durch einen geschlossenen
Eisenkern verbunden sind.
Die Spulen werden Primärspule bzw.
Feldspule und Sekundärspule bzw.
Induktionsspule genannt.
Primär- und Sekundärspule sind nicht
elektrisch leitend verbunden.
Jeder Strom ist von einem Magnetfeld
umgeben. Die Primärspule wird an eine
Wechselspannung angeschlossen. Der in der
Spule fließende Wechselstrom erzeugt ein
sich in der Wechselstromfrequenz in der
Stärke und Richtung fortlaufend änderndes Magnetfeld. Jede Änderung eines
Magnetfeldes induziert einen Strom in der Sekundärspule.
Durch den geschlossenen Eisenkern (U-Kern) sind die Spulen magnetisch gekoppelt. Das
magnetische Wechselfeld wird über den Eisenkern auf die Sekundärspule übertragen.
Das veränderte Magnetfeld induziert hier einen Stromfluss.
Der Transformator würde auch ohne Eisenkern funktionieren, jedoch wäre die
Übertragung wesentlich schlechter.
Im Leerlauf, also im unbelasteten Fall (Spulenenden offen), kann an den Enden
der Sekundärspule die Sekundärspannung U2 gemessen werden.
Wie lässt sich die Sekundärspannung verändern?
Primärspule
N1
Primärspannung
Sekundärspule Sekundärspannung
U1 in V
N2
U2 in V
U1/U2
N1/N2
a) Windungszahlen werden verändert:
600
12
600
12
1
1
1200
12
600
6
2
2
300
12
600
24
0,5
0,5
b) Primärspannung wird verändert:
600
24
600
24
1
1
1200
24
600
12
2
2
300
24
600
12
0,5
0,5
Ergebnis:
Experimente zeigen, dass sowohl die angelegte Primärspannung als auch die
Windungszahlen beider Spulen die Sekundärspannung beeinflussen.
Das Verhältnis von Primärspannung U1 und Sekundärspannung U2
ist von den Windungszahlen bzw. dem Verhältnis der
Windungszahlen von Primärspule N1 und Sekundärspule N2
abhängig.
Für den unbelasteten Transformator gilt:
"Die Spannungen verhalten sich wie die Windungszahlen. "
http://home.arcor.de/a-zietlow
http://www.s-hb.de/~zietlow
Der belastete Transformator
Gleichung 1
Ist die Sekundärseite des Trafos nicht offen, dann fließt hier ein Strom. Die
Stärke des Stromes I2 ist von der Belastung abhängig.
Dieser Strom I2 ist auch von einem Magnetfeld umgeben. Dieses Magnetfeld ist
nach der Lenzschen Regel so gerichtet, dass es der Ursache seiner Entstehung
entgegenwirkt. Je größer also der Strom I2 ist, desto stärker ist das
Magnetfeld.
Dieses Magnetfeld wirkt also auch primärseitig und ist für den Primärstrom I1
verantwortlich.
Es gilt:
"Die Ströme verhalten sich zu den Windungszahlen umgekehrt proportional."
Gleichung 2
Für den idealen Transformator gilt:
Gleichung 3
Experimentell werden die Ergebnisse je nach Güte und Belastung des
Transformators von der aufgestellten Gleichung abweichen.
http://home.arcor.de/a-zietlow
http://www.s-hb.de/~zietlow
Erklärung:
Beim Aufbau der magnetischen Felder richten sich die Weißschen Bezirke
( Elementarmagneten) im Kern aus. Diese werden mit der Frequenz der
angelegten Wechselspannung (im Normalfall 50 Hz, also 50 mal pro Sekunde)
immer neu ausgerichtet. Dabei kommt es im Kern zu einer Erwärmung. Diese
Erwärmung stellt einen Verlust dar.
Ferner treten durch den ohmschen Widerstand der Leitungen weitere Verlust
auf.
Durch die Wahl hochwertigerer Kerne kann der Verlust minimiert werden.
Hierbei verwendet man keine Kerne aus Volleisen, sondern geblätterte Kerne
oder gesinterte (aus "Eisenfeilspänen" gepresst) Kerne. Hierdurch wird die
Energie, die zum Ummagnetisieren des Kerns aufgebracht werden muss geringer.
Der Kern erwärmt sich auch weniger stark.
Transformator - Hochstrom
Zum Schmelzen des Nagels ist eine hohe Temperatur und somit ein hoher Strom
erforderlich.
Also müssen wir nach Gleichung 2 einen Transformator wählen, der primärseitig
mehr Windungen hat.
In diesem Fall haben wir folgenden Transformator gewählt:
N1 = 300 Wdgn.
N2 = 6 Wdg.
D.h., dass der Sekundärstrom 50-mal höher
ist als der Primärstrom. Bei einer Absicherung
des Primärkreises mit 10 A können also auf
der Sekundärseite des Trafos Ströme von
maximal 500A fließen. Das reicht zum
Schmelzen des Nagels aus.
Transformator - Hochspannung
Quelle: http://www.ulfkonrad.de/physik/ph-10-trafo.htm
http://home.arcor.de/a-zietlow
http://www.s-hb.de/~zietlow