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Blind- und Wirkleistung Bei Der Stellen einer Moderator Sie 'realen' sich misst für Spule diesen mit liegtder Bei einer "idealen" Spule wird einem seltsam eine Serienschaltung Elektrizitätszähler anmutenden aus R die ohmsche Widerstand R Begriff gegenüber dem viel größeren elektrische einen und X Stromkreis Arbeit Jetztinduktiven ist vor, bzw. die der diedas L vor. Widerstand XL Haushalts=zum 2 ZwischenfL Leistung von Netzgerät Phasenverschiebung nur von vernachlässigt: Die Spannung Glühlampen. speichern Strom undvon Spannung Werden elektrischer deutlich die eilt dem Strom exakt eine ViertelLampen Energie kleiner als benötigt, durch 90°.eine Die also ausgewährend periode bzw. 90° voraus. Die wählte einer Produktkurve Viertelperiode Spule ersetzt, 'StromEnergie bei malder zeitlich veränderliche Leistung bei aufnimmt, Spannung' V die ein dann zeigt gleicher wieder diesmalabgibt, keine wird230 durch Produktkurve effektiver aufnimmt gleichen Strom usw. fließt, imdargestellt. Positiven dann 'Strom malFlächen Spannung' zeigt und im derNegativen. Elektrizitätszähler Deshalb ist Sie zeigt bei einem reinen induktiven Widerstand deutlich hier die elektrische weniger an.Leistung Wieso abwechselnd gleiche Flächen im setzt ein induktiver während einer Periode Widerstand nicht Positiven undneben imviel Negativen. offensichtlich exakt null; der weniger Deshalb ist die elektrische Leistung um als Blindleistung liegt dasauch Produkt eine Leistung während einer Periode Spannung Wirkleistung malvor. Strom? DieseEin exakt null; man spricht von einer Oszilloskop Leistung muss zeigt vom eine Netzgerät 'Blindleistung'. Phasenverschiebung geliefert werden. zwischen Wechselstrom und Spannung. Transformator-Gesetze Für praktische Mit Eine einem Anordnung induktiven Anwendungen mit zwei Widerstand Spulen ist eine an weitere einem lässtRegel sich gemeinsamen ein für neues die Phänomennennt Eisenjoch Wechselströme zeigen: im man Um Primärdas und Eisenjoch einerbedeutsam. Transformator Sekundärkreis oder Spule, kurz durch Trafo. Die dienach Je Stromregel Wechselstrom Funktion lässt sich heißt fließt, unter eine wird der ein Experimentierkabel Spule idealisierten Primär-, Annahme die andere einer mehrmals herumgeschlungen. Sekundärspule. verlustfreien EnergieüberFür die Diese Windungen Windungszahlen tragung ableiten, und aber wirken die diese als Induktionsspulekann Wechselspannungen Voraussetzung und in liefern derder dementsprechend beiden Realität Spulen nicht erfüllt lässteine sich werden. umso ein ein größere Wechselspannung, einfaches Deshalb gilt Gesetz die Stromregel ableiten. jein mehr der Praxis Windungen nur näherungsweise. herum geschlungen werden. Transformator Ein Transformator besteht aus zwei Spulen, die magnetisch miteinander verbunden werden, d.h. bei Wechselstrom induktiv gekoppelt sind. An der Primärspule wird die Wechselspannung Uges angelegt; an der Sekundärspule wird dadurch die Spannung Us induziert. Das Magnetfeld, welches durch die Primärspule geht, durchdringt auch die Sekundärspule. Da für die Sekundärspule ebenfalls gilt, erhalten wir die sog. 1. Transformatorgleichung U p L p s dI d n p dt dt U s ns U s ns U p np d dt Transformator Im idealen Transformator (keine Verluste) ist die mittlere aufgenommene Leistung gleich der mittleren abgegebenen Leistung. Die 2. Transformatorgleichung lautet dann Pp Ps I p Us Is U p Es lassen sich also sehr große Ströme erzeugen (Beispiel.: Induktionsofen, Elektroschweißen) Hochspannung oder Starkstrom Soll auf Wenn eine derWechselspannung Sekundärseite 'hochtransformiert' dagegen ein Starkstrom werden soll, dann fließen, dann muss weist die die Sekundärspule nur viel wenige, mehr Windungen aber sehr dicke aufweisen Windungen als die Primärspule. auf, damit derBeim Widerstand Experiment sehr mit den klein ist.Hörnerbogen Die Sekundärwird die Haushaltsspannung spannung wird herunter auf etwa 10 kV hochtransformiert. transformiert, im Gegenzug fließt ein sehr großer Sekundärstrom.(Schweißzange n, Induktionsöfen) Elektrischer Energietransport Um die üblichen Entfernungen Transformatoren sind auch von 100bei km Hochvom sehrmehreren bedeutsam Kraftwerk zum KundenDamit im Studio spannungsleitungen. zu simulieren, sind im kann elektrische Energie mit Hochspannungsteil große geringen Verlusten über riesige Widerstände von insgesamt 4k Entfernungen transportiert eingefügt Trotzdem betragen die werden. In einem weniger als Übertragungsverluste Modellexperiment wird die ein Prozent. Eine Modellrechnung verrät den Trick: Es kommt darauf Haushaltspannung von 230 V an, die Stromstärke an einer Seite der möglichst Über- weit herunter zu transformieren, denn tragungsstrecke, um einen die Verlustleistung in den Faktor 40 hochtransformiert Hochspannungsleitungen sinkt mit und einer von dem nach Quadrat des Strecke Abschwächungsetwa 10Die m wieder auf 230(220 V faktors. Hochspannung herunter transformiert. kV bzw. 380 kV) ist dabei nur die Konsequenz. Gleich- und Wechselrichten Ein Fotovoltaikanlage nutzt die Mit Hilfe trickreichen 'Gleichrichterdioden' einer von elektronischen wird Energie desist Sonnenlichts und stellt Bauteilen Wechselspannung Brückenschaltung es heute in werden leicht Gleichspannung und Gleichstrom möglich Wechselstrom Gleichspannung Energieverluste vermieden gewandelt. in und zur Verfügung. Oft ist die Gleichstrom Diese die negativen elektronischen und Halbwellen umgekehrt Bauteile der Speicherung der überschüssigen Gleichstrom wirken Wechselspannung wie Stromventile: in Wechselstrom quasi in Energie in Batterien zu teuernach oder zu eine oben wandeln. Richtung geklappt. Für sperren Es elektrische entsteht sie, in unpraktisch. Der Wechselrichter Experimente die dabei andere eine pulsierende geben verwendet sieGleichstrom denman in 'zerhackt' zeitlich den einem Stromfluss Gleichspannung. Labor frei. und wandelt ihnsogenannte in Wechselstrom, bei dem die Frequenz an das Stelltrafos. Hier weist die Haushaltsnetz angepasst ist. Ein Sekundärspule viel weniger nachgeschalteter sorgt noch Windungen aufTrafo als die für die passende WechselPrimärspule. Wenn der Abgriff spannung. Damit wird die verstellbar angebracht elektrische Energie der ist, kann eine beliebige Voltzahl Fotovoltaikanlage ins Netz eingestellt eingespeist. werden. Fragen zu Transformatoren 1. 2. In der Sekundärspule eines Transformators fließt ein Strom von 150A. Die Primärspule mit 250 Windungen entnimmt dem 230V Stromnetz eine Leistung von 9,0kW. Berechnen Sie die Windungszahl der Sekundärspule. Ein Transformator hat das Übersetzungsverhältnis np/ns=4:1. An der Sekundärspule ist der Widerstand von R=2,5k angeschlossen. Wie groß ist der in einem Wechselstromkreis wirksame Widerstand der Primärspule (XL>>R)?
