Transformator

Transformator für die Ausbildung

Schaltzeichen eines Transformators

Ein Transformator (von lat. transformare ‚umformen, umwandeln‘; auch Umspanner, kurz Trafo) ist ein Bauelement oder eine Anlageder Elektrotechnik.

Er besteht aus einem magnetischen Kreis – meist einem Ferrit- oder Eisenkern −, um den die Leiter mindestens zweier verschiedenerStromkreise so gewickelt sind, dass der Strom jedes Stromkreises mehrfach um den Kern herumgeführt wird. Legt man nun an eine dieser Wicklungen, auch Transformator-Spule genannt, eine Wechselspannung an, so stellt sich an der zweiten (und den evtl. weiteren vorhandenen) Wicklung(en) eine Wechselspannung ein, deren Höhe sich (im Leerlauffall) zu der ursprünglichen angelegten Spannung so verhält wie das Verhältnis der Windungszahlen der entsprechenden Wicklungen zueinander.

Hauptanwendungsgebiet von Transformatoren ist daher die Erhöhung oder Verringerung von Wechselspannungen. Gleichzeitig erfolgt eine galvanische Trennung der Stromkreise, außer beim Spartransformator. Transformatoren sind für die Stromversorgung unverzichtbar, da elektrische Energie nur mittels Hochspannungsleitungen über weite Entfernungen wirtschaftlich sinnvoll transportiert werden kann; der Betrieb von Elektrogeräten ist aber nur mit Nieder- und Kleinspannung praktikabel und sicher. Netztransformatoren befinden sich in nahezu allen Elektronikgeräten, denn in fast allen ist die Betriebsspannung von der Netzspannung verschieden. In der Signalverarbeitung und der Tontechnik kommen spezielle Transformatoren zum Einsatz, die nicht auf möglichst verlustarme Leistungsübertragung optimiert sind, sondern auf möglichst unveränderte und ungestörte Signalweitergabe über einen größeren Arbeitsfrequenzbereich.

Idealer Transformator als Zweitor

Transformator als Zweitor a) in Kettenbepfeilung und b) mit symmetrischer Bepfeilung

Zur Beschreibung von komplizierten elektronischen Schaltungen mit vielen Bauelementen ist eine formale Beschreibung des Transformatorverhaltens sinnvoll. Der Transformator kann in diesem Zusammenhang auf sein Verhalten nach außen, das sogenannte Klemmenverhalten, reduziert und als passives Zweitor beschrieben werden. Je nach Anwendungszweck haben sich zwei Arten von Bezugspfeilsystemen durchgesetzt.

Bei der „Kettenbepfeilung“ (Abbildung a) haben sowohl die Spannungen als auch die Ströme die gleichen Vorzeichen. Die Kettenbepfeilung eignet sich am besten zur Beschreibung von Transformatoren, bei denen eine eindeutige Flussrichtung der Energie mit Primär- und Sekundärseite vorliegt. Die Übertragungsmatrix für einen idealen Transformator in Kettenbepfeilung lautet:

Der Buchstabe bezeichnet hierbei das Übersetzungsverhältnis, das bei einem realen Transformator dem Verhältnis der Windungszahlen von Primär- und Sekundärseite entspricht.

Bei der „symmetrischen Bepfeilung“ (Abbildung b) sind dagegen beide Ströme in das Zweitor hinein gerichtet. Die symmetrische Bepfeilung hat den Vorteil, dass beide Tore bezüglich der Vorzeichen gleich behandelt werden. Sie führt beim Transformator jedoch dazu, dass der Ausgangsstrom dem Eingangsstrom entgegengesetzt gleich ist. Gemäß Küpfmüller^[13] empfehlen die für die Vierpoltheorie gültigen Normen insbesondere bei Schaltungen mit mehr als zwei Toren nur noch die symmetrische Bepfeilung. Die Übertragungsmatrix für einen idealen Transformator in symmetrischer Bepfeilung lautet:

Wie aus den Definitionsgleichungen hervorgeht, wird der ideale Transformator im Rahmen der Zweitortheorie als ein frequenzunabhängiges Bauteil definiert, das ausschließlich durch sein Übersetzungsverhältnis definiert ist. Demzufolge überträgt der ideale Transformator auch Gleichspannungen und -ströme. Man sollte sich daher einen idealen Transformator im Sinne der Zweitortheorie nicht als eine Anordnung aus gewickelten Drahtspulen vorstellen.

Дата добавления: 2015-08-27