Referat Transformatoren (wirkungsweise & aufbau)

Transformatoren  (Wirkungsweise & Aufbau)

Der Begriff des Transformators hat seine Herkunft im Lateinischen, wo der Begriff Transformation [® transfero] soviel bedeutet wie etwas umformen, umwandeln oder übertragen. Im Hinblick auf das Gebiet der Elektrotechnik heißt dies, daß es mit Hilfe eines Transformators (kurz: Trafo) möglich ist, Spannungen, Ströme und jegliche Art von Signalen in einer bestimmten Art und Weise zu übertragen.

Ein Trafo besteht im einfachsten Sinne aus zwei Spulen, welche auf einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt wurden. Dieser dient der elektromagnetischen Koppelung zwischen den Spulen. Die eingangsseitige Spule bezeichnet man als Primärwicklung, die ausgangsseitige adäquat hierzu als Sekundärwicklung. Die Wicklungen werden aus Kupfer oder aus Aluminium hergestellt. Die Leiter werden sowohl mit rundem als auch mit rechteckigem Querschnitt verwendet. Bei den Drahtwicklungen erfolgt nach jeder Wicklung eine Lagenisolation, da es andernfalls zu Kurzschlüssen kommen würde.

Wird nun z.B. ein Wechselstrom an die Primärwicklung angelegt, so wird die zugeführte elektrische Energie als magnetischer Wechselfluß an den Kern des Transformators weitergegeben. Der durch den Kern "wandernde" Fluß induziert in die Sekundärwicklung eine entsprechende Spannung. Wenn ausgangsseitig ein Lastwiderstand angeschlossen wird, so kann ein Ausgangsstrom fließen und die Energie abgeben.

Transformatoren unterscheiden sich in erster Linie durch Ihre Nennleistung. Hierunter versteht man die Leistung, die ein Transformator nach der Transformation zur Verfügung stellen kann. Die Angaben erfolgen in VA (Volt Ampere) oder in W (Watt). Das Spektrum der Leistungen erstreckt sich von Miniaturtransformatoren mit 1 mVA bis hin zu Großtransformatoren mit Leistungen von 1000 MVA. Bei solchen Leistungsdifferenzen fällt auch der Aufbau des jeweiligen Trafos unterschiedlich aus:

Der Kern von Transformatoren besteht aus Elektroblech oder aus Ferrit. Bei Kernen unterscheidet man zwischen Typen in Schicht- (Bild #1), Band- (Bild #2) und Schnittbandkernbauweise.

Bild #1                     Bild #2

Die Blechung des Kernes oder die oben erwähnte Verwendung von Ferrit ist erforderlich, um Wirbelströme möglichst klein zu halten. Wirbelströme in Transformatorn sind unerwünscht, da sie aufgrund ihrer nicht parallel verlaufenden Vektoren wie eine Bremskraft gegen den magnetischen Fluß wirken und somit die Effektivität des Trafos erheblich schmälern würden. Eine größere Verlustleistung wäre die Folge. Ein optimaler  Kern sollte also magnetisch möglichst gut und elektrisch möglichst schlecht leiten.

Auch bei sorgfältigem Zusammenfügen der einzelnen Elektobleche bzw. Ferritschichten tritt wegen der Längenverkürzung im Magnetfeld (= Magnetostriktion) im Betrieb an 50 Hz Wechselspannung ein Brummgeräusch auf. Die Ursache hierfür liegt in der Vibration des Kernes im elektrischen Wechselfeld.