Trafoaufbau - s-hb.de VIRTUAL CLASSROOM
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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
