1 Der Transformator Tim Jedro Gruppe: 5. 2 Gliederung Historisches Funktionsweise Schaltsymbole...

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Der TransformatorDer Transformator

Tim JedroTim Jedro

Gruppe: 5Gruppe: 5

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Gliederung

• Historisches

• Funktionsweise

• Schaltsymbole

• Betriebszustände

• Anwendungen

• Quellen

Tim Jedro – Der Transformator

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Gliederung

• Historisches : Michael Faraday Joseph Henry

• Funktionsweise

• Schaltsymbole


• Anwendungen

• Quellen


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Michael Faraday

-*22.09.1791 25.08.1867

-Einheit der elektr. Kapazität

1F=1C/1V

-entdeckte 1831 die magnetische Induktion(cos

Uind=-N d/dt


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Joseph Henry

-*17.12.1797 13.05.1878

-Einheit der Induktivität Henry [H]

1H=1Vs/A

-Induktivität [L]

L=0[(N² A)/l]


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Gliederung

• Historisches• Funktionsweise :

Grundannahmen idealer Transformator realer Transformator Ersatzschaltbild Aufbau

• Schaltsymbole• Betriebszustände• Anwendungen• Quellen


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Grundannahmen

Beim Trafo verhalten sich die Spannungen wie die

Windungszahl der Spule: Spannungs-Windungszahl-Gesetz

U1/U2 = N1/N2

Die Ströme verhalten sich beim Trafo umgekehrt zu den

Windungszahlen. Dabei hängt die Primärstromstärke vom

fließenden Sekundärstrom ab:

I1/I2 = N2/N1


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Idealer Transformator• Permeabilität: Magnetwerkstoff , Luft 0

kein Streufeld

• elektrische Leitfähigkeit des Magnetwerkstoffes 0 keine Wirbelströme

• Magnetwerkstoff hat keine Ummagnetisierungsverluste

• die elektrische Leitfähigkeit der Wicklungen geht gegen Unendlich => keine Wicklungsverluste

• Daraus ergibt sich das Durchflutungsgleichgewicht des idealen Transformators: I1N1 + I2N2 = 0


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Realer Transformator(mit Eisenkern)

• Übertragungsverluste

durch den ohmschen Widerstand der Wicklung durch Wirbelstrombildung im Kern Ummagnetisierungsverluste und

durch andere Effekte


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RFe

• RFe berücksichtigt die Hysterese- und Wirbelstromverluste (RFe


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Hystereseverluste


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Wirbelstromverluste

• Nach dem Induktionsgesetz wird auch im Eisen ein Strom induziert.

• Bei Wechselstromerregung einer Spule mit Eisenkern sind dies so genannte Wirbelströme:

kreisförmige Ströme in der Ebene senkrecht zu den Feldlinien


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R1 und R2

• R1 und R2 repräsentieren die Stromwärmeverluste in den Kupferwicklungen (niederohmig)

• R=l/A


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L1,2

• L1,2 ... Streuinduktivitäten


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Lh

• Gegeninduktivität (auch: M´)

• Lh berücksichtigt den Magnetisierungsstrom im Leerlauf

• Aus dem ESB der gekoppelten Spule:

Hauptinduktivitäten=M


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Notwendige Umrechnungen

• U2’ = U2 (N1 / N2)

• I2’ = I2 (N2 / N1)

• Lσ2’ = Lσ2 (N1 / N2)²

• R2’ = R2 (N1 / N2)²

• Lh =M´= M (N1/N2)


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Ersatzschaltbild(ESB)


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Aufbau


Eisenkern• Aus Eisenblech geschichtet, z.B. 0,35mm stark, mit

Silizium legiert => reduziert Wirbelstromverluste

Windungen• Anzahl der Windungen hängt von den gewünschten

Spannungen ab

Material, Größe, Leiterquerschnitt• Abhängig von den gewünschten Stromstärken

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Gliederung

• Einführung

• Funktionsweise

• Schaltsymbole


• Anwendungen

• Quellen


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Schaltsymbole


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Schaltsymbole


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Gliederung

• Einführung

• Funktionsweise

• Schaltsymbole


• Anwendungen

• Quellen


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Betriebszustände

• Leerlauf / “Unbelasteter Transformator“

• Belasteter Transformator

• Nennlast Betrieb

• Lastbetrieb Allgemein

• Überlast Betrieb


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Belasteter Transformator

• Scheinleistung am idealen Trafo: S1=S2

• wobei S=UI

I1U1= I2U2

• Da sich die Beträge der Spannungen wie die jeweiligen Windungszahlen zueinander verhalten folgt:

I1/I2 = N2/N1


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Nennlast Betrieb

• Wenn an der Sekundärspule die maximal zugelassene Leistung entnommen wird

• Un= Uo- Ui mit

• Un als Nennspannung,

• Uoals Leerlaufspannung

• Ui als Spannung am Innenwiderstand der PrimärwicklungTim Jedro – Der Transformator

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Lastbetrieb Allgemein• Bei Lastbetrieb wird das Übersetzungsverhältnis

vom Leerlauf nicht mehr exakt eingehalten. Gründe sind :

• UG=USec+UA mit

• UG als Sekundär-Gesammtspannung• USec als an Sekundärspule anliegende Teilspannung• UA als die am Verbraucher anliegende

Ausgangsspannung


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Gliederung

• Einführung

• Funktionsweise


• Anwendungen

• Quellen


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Anwendungen

• …des Transformators: Spannungsanpassung Energietransport Getaktete/Schaltnetzteile Mittelfrequenztrafos Galvanische Trennung Messwandler Widerstandstransformation

• …der Induktion: Induktives Rühren Induktionshärten Induktionsschweißen Induktionskochen


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Getaktete/Schaltnetzteile

• In Schaltnetzteilen werden mit Halbleiterschaltern für den Transformator Eingangsspannungen mit Frequenzen von etwa 20 kHz bis 2 MHz erzeugt. Damit können erheblich leichtere Netzteile bzw.Stromversorgungen gebaut werden.

• Ein zur Übertragung von 4000 Watt geeigneter Transformator wiegt beispielsweise:

bei 50 Hz ca. 25 kg bei 125 kHz dagegen lediglich 0,47 kg.


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Gliederung

• Einführung

• Funktionsweise


• Anwendungen

• Quellen


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Quellen• Vorauslexikon zur BROCKHAUS Enzyklopädie

Band 2 EL-I S: 123 & 553

• http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator 30.11.2006 13:11:09

• http://de.wikipedia.org/wiki/Schaltnetzteil 30.11.2006 13:08:31

• http://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Trennung 30.11.2006 13:07:26

• http://www.dg1asc.de/scrap/elektor.htm 05.12.2006 13:27:39

• Grundlagen der Elektrotechnik 1 Teil B Sommersemester

Prof.Dr.-Ing. D.Naunin

S: 43ff

• Fachhochschule Kiel Fachbereich Informatik und Elektrotechnik

Labor für Grundlagen der Elektrotechnik


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