Übertrager I (Klasse E)

Warum gibt es in Deutschland ein 230 V Wechselspannungsnetz?

Wechselspannung hat gegenüber einer Gleichspannung einen großen Vorteil, denn sie läßt sich ohne große Verluste auf eine andere Spannung umsetzen = transformieren.

Auf Grund der Selbstinduktion in Spulen läßt sich Energie bei Wechselspannung zwischen zwei Spulen übertragen. Es entsteht ein neues Bauelement, der Übertrager oder Transformator. Er besteht aus zwei Spulen, die über einen Eisen- oder Ferritkern magnetisch gekoppelt sind. Damit die Seiten auseinandergehalten werden können, spricht man von Primärseite mit der Windungszahl $N_P$ und der Sekundärseite mit der Windungszahl $N_S$.

Trafobeispiele siehe Abbildungen rechts.

Der Transformator kann nur Wechselspannungen übertragen. Legt man unerlaubt eine Gleichspannung an den Transformator an, dann wirkt ein Kurzschluss, der Transformator wird überhitzt und „brennt durch“.

Ein Transformator, kurz „TRAFO“ dient zur Umsetzung einer hohen Wechselspannung z.B. 230V in eine

niedrigere Wechselspannung z.B. 13,8 V. In älteren Netzgeräten für 13,8 V sind große und schwere Transformatoren eingebaut, da bei 50 Hz Wechselspannung oft 200 bis 500 W Leistung übertragen werden müssen.

Ein Netztrafo besitzt einen sehr hohen Wirkungsgrad von etwa 80 bis über 90 % und wird sich deshalb im Betriebszustand nur gering erwärmen. Die Berechnungsformeln gelten für den Idealfall ohne Belastung auf der Sekundärseite (Leerlauffall)!

Leerlauf bedeutet, an der Sekundärseite ist keine Last angeschlossen.

$ü = \dfrac{N_P}{N_S} = \dfrac{U_P}{U_S}$

(siehe Formelsammlung Seite 236 Mitte links – Stichwort: Transformator Übersetzungsverhältnis)

MERKE:

Die Windungszahlen verhalten sich wie die Spannungen.

Durch Umstellung der Grundformeln können U und N auf der Primär- oder Sekundärseite berechnet werden.

Primärseite: $U_P = {U_S} * {ü}$

Sekundärseite: $U_S = \dfrac {U_P}{ü}; N_S = \dfrac {N_P}{ü}$

Hinweis:

Zuerst sollte immer das Übersetzungsverhältnis aus den Angaben berechnet werden.

Beispiel für die Berechnung der Sekundärspannung in Abhängigkeit der Windungszahlen:

ü= 15:1 = 15; Der Trafo setzt die Eingangsspannung auf 1/15 herunter. 230 V : 15 = 15,3 V

EC401: Wie hoch ist die Spannung zwischen den Punkten a und b in dieser Schaltung für ein Transformationsverhältnis von 15:1?

Etwa 15 V

check

Etwa 1 V

clear

Etwa 22 V

clear

Etwa 11 V

clear

Jetzt ist die Sekundärwindungszahl gesucht. Hinweis: Die Windungszahlen verhalten sich wie die Spannungen.

Der folgende Trafo setzt die Ausgangsspannung $U_S$ hoch, deshalb muss die Sekundärwindungszahl größer als die Primärwindungszahl sein.