… Eine passive elektrische Maschine wandelt Wechselspannungen durch elektromagnetische Induktion ohne die Frequenz zu verändern Sie ist effizient und essentiell für die Energieübertragung in Stromnetzen …

Transformator

Ein Transformator ist eine passive elektrische Maschine, die die Spannung eines Wechselstroms (AC) ändert, ohne die Frequenz signifikant zu verändern. Er besteht im Wesentlichen aus zwei oder mehr Spulen (Wicklungen), die um einen gemeinsamen magnetischen Kern gewickelt sind. Die Spulen sind nicht physikalisch miteinander verbunden, sondern durch das magnetische Feld des Kerns gekoppelt.

Die Funktionsweise beruht auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn ein Wechselstrom durch die Primärspule (Eingangsseite) fließt, erzeugt er ein sich periodisch änderndes Magnetfeld im Kern. Dieses Magnetfeld induziert in der Sekundärspule (Ausgangsseite) eine Wechselspannung. Das Verhältnis der Spannungen an Primär- und Sekundärseite ist proportional zum Verhältnis der Windungszahlen der jeweiligen Spulen. Hat die Sekundärspule mehr Windungen als die Primärspule, so wird die Spannung erhöht (Hochtransformator). Hat sie weniger Windungen, so wird die Spannung reduziert (Abwärtstransformator).

Die Effizienz von Transformatoren ist typischerweise sehr hoch, oft über 95%, da keine beweglichen Teile vorhanden sind und Energieverluste hauptsächlich auf Wirbelströme im Kern und ohmsche Widerstände in den Spulen zurückzuführen sind. Moderne Transformatoren verwenden spezielle Kernmaterialien mit geringer Hysterese und Wirbelstromverlusten, um die Effizienz weiter zu verbessern.

Transformatoren sind essentiell für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie in Stromnetzen. Sie ermöglichen die effiziente Übertragung großer Leistungen über weite Strecken mit hohen Spannungen und geringen Stromstärken, um Übertragungsverluste zu minimieren. An den Verbrauchsstellen werden sie dann zur Reduktion der Spannung auf das benötigte Niveau eingesetzt. Neben dem Einsatz in Stromnetzen finden Transformatoren auch Anwendung in vielen anderen elektronischen Geräten, wie zum Beispiel in Netzgeräten, Schweißgeräten und Audioverstärkern.

Gewusst?

Erläutern Sie das Prinzip der elektromagnetischen Induktion im Zusammenhang mit der Funktionsweise eines Transformators und wie das Verhältnis der Windungszahlen die Ausgangsspannung beeinflusst.