Zwei Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern
Ein Transformator hat zwei Spulen auf demselben Eisenkern.
- PrimärspuleAngelegte Wechselspannung erzeugt ein ständig wechselndes Magnetfeld.
- Eisenkernführt dieses Feld zur zweiten Spule.
- SekundärspuleDort wird eine Spannung induziert.
- GrößeSie hängt nur vom Verhältnis der Windungszahlen ab.
Warum nur Wechselstrom funktioniert
Induziert wird nur, solange sich der magnetische Fluss ändert.
- GleichspannungNach dem Einschalten steht das Magnetfeld still.
- FolgeKeine Flussänderung, also keine Sekundärspannung.
- Deshalbarbeitet ein Transformator ausschließlich mit Wechselstrom.
Transformatorgleichung (idealer Transformator):
U1U2 = n1n2 und I1I2 = n2n1
U1, U2: Spannung an Primär- bzw. Sekundärspule in Volt (V).
n1, n2: Windungszahlen der beiden Spulen.
I1, I2: Stromstärke im Primär- bzw. Sekundärkreis in Ampere (A).
Aufbau: Zwei Spulen sitzen auf einem Eisenkern: Die Primärspule erzeugt ein wechselndes Magnetfeld, der Eisenkern führt es zur Sekundärspule, dort wird eine Spannung induziert.
Wechselstrom: Induziert wird nur bei sich änderndem Fluss. Bei Gleichspannung steht das Feld still, deshalb arbeitet ein Transformator nur mit Wechselstrom.
Leistung: Der ideale Transformator gibt so viel Leistung ab, wie er aufnimmt: \( P_1 = P_2 \). Hochtransformieren senkt die Stromstärke im gleichen Verhältnis, Heruntertransformieren erhöht sie.
Der ideale Transformator gibt so viel Leistung ab, wie er aufnimmt.
- LeistungP1 = P2.
- Hochtransformierensenkt die Stromstärke im gleichen Verhältnis.
- Heruntertransformierenerhöht die Stromstärke entsprechend.
Die Primärspule liegt an 12 V. Die rote Messspitze des Voltmeters steht auf einer Anzapfung der Sekundärspule und zeigt dort U2 an, je nach Windungszahl der Primärspule und Art der anliegenden Spannung.
| Nr. | Quelle | n1 | n2 | U1 | U2 | U2 / U1 | n2 / n1 |
|---|
Halte fest: Die Sekundärspannung folgt dem Verhältnis der Windungszahlen: U2 / U1 = n2 / n1 — doppelt so viele Windungen auf der Sekundärseite, doppelte Spannung. An Gleichspannung zeigt das Voltmeter dauerhaft 0 V, weil sich der magnetische Fluss nicht mehr ändert.
Allgemeine Hinweise
Drei Punkte, an denen beim Transformator etwas schiefgeht.
Spannung zur Windungszahl
Windungszahl und Spannung gehören zur selben Seite: U1 zu n1, U2 zu n2.
Stromstärken umgekehrt
Bei den Stromstärken dreht sich das Verhältnis um: I1/I2 = n2/n1.
Verluste im echten Trafo
Ein echter Trafo verliert Energie durch Wicklung, Wirbelströme und Ummagnetisieren — trotzdem über 98 %.