Der Transformator

1. Was ist ein Transformator?

Transformatoren werden verwendet, um elektrische Energie eines Wechselstromes
von einem Primärstromkreis auf einen Sekundärstromkreis zu übertragen. Bei dieser
Übertragung kann man die Werte für die Spannungen und Stromstärken verändern.

2. Wie ist ein Transformator aufgebaut?

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen, die mit einem Eisenkern verbunden sein können.

Die Spulen werden Primärspule und Sekundärspule genannt.

Primär- und Sekundärspule sind NICHT elektrisch leitend verbunden.

N ... Anzahl der Windungen

3. Wie funktioniert ein Transformator?

Fließt elektrischer Strom (Primärstrom) durch die Primärspule, dann baut sich um die Primärspule ein Magnetfeld auf.

Fließt ein Wechselstrom durch die Primärspule, dann ändert sich auch die Stärke und die Richtung des Magnetfeldes ständig.

Dieses magnetische Wechselfeld wird auf die Sekundärspule übertragen. Diese sollte sich in der Nähe befinden,
damit das Magnetfeld stark genug ist. Durch einen Eisenkern, der durch beide Spulen durchgeht, wird das Magnetfeld verstärkt!!

Das veränderte Magnetfeld induziert hier einen Stromfluss/ eine Spannung.
(erinnere dich: Strom wird erzeugt, indem sich das Magnetfeld um eine Spule ändert)

Die Spannung an der Sekundärspule wird mit Us bezeichnet. 

4. Welche Gesetzte wirken in einem Transformator?

Die Transformatorgesetze beruhen auf dem Zusammenhang von Windungszahl und Spannung.
Es gilt folgendes:

• Ist die Windungszahl der ersten Spule, auch Primärspule genannt  n₁ und die Windungszahl der zweiten Spule,
  der Sekundärspule n₂, dann verhält sich die Spannung U₁,die an der Primärspule angelegt ist, zur Spannung U₂
  an der Sekundärspule gleich wie das Verhältnis der Windungszahlen. Es gilt also n_1:n₂=U₁:U₂.
  d.h. Wenn ich mehr Windungen auf der Sekundärspule habe, dann habe ich auch mehr Spannung an der Sekundärspule angelegt.
  (Siehe Bild: mehr Windungen an der Primärspule; auch mehr Spannung an der Primärspule)
  
• Durch Umformung des Energieerhaltungssatzes ergibt sich aus der Formel auch folgender Zusammenhang: 
  U₁ : U₂=I₂ : I₁. (außen mal außen = Innen mal innen)
  d.h. Wenn ich eine kleinere Primärspannung habe, dann habe ich eine größere Sekundär-Stromstärke.
  

5. Was ist ein Hochspannungstransformator?

Im Prinzip ist ein Hochspannungstransformator nichts anderes als ein Transformator,
der für sehr hohe Wechselspannungen eingesetzt wird.

• Oft wird aber auch ein Transformator so bezeichnet, wenn er an der Sekundärspule (am Ausgang)
  ein Vielfaches der Eingangsspannung bereitstellt.
• Diese Art von Hochspannungstransformatoren wird auf unterschiedliche Weise eingesetzt.
  Oft dienen sie beispielsweise dazu, sehr hohe Spannungen von mehreren 1000 Volt für
  experimentelle Zwecke (beispielsweise im Physikunterricht) bereitzustellen.
• Die Transformatoren werden dann in der Regel mit der Netzspannung in Höhe von 230 Volt gespeist,
  um am Ausgang Spannungen abzugeben, die zur Erzeugung von Lichtbögen oder Ähnlichem verwendet werden.
• Aber auch Trafos, die Hochspannungen bereitstellen, wie sie für die
  Überlandübertragung (Hochspannungsleitungen) der Stromversorgungen verwendet werden,
  werden oft als Hochspannungstransformatoren bezeichnet.

6. Was ist ein Niederspannungstransformator?

Niederspannungstransformatoren haben

• viele Windungen in der Primärspule (n₁ groß)
• wenig Windungen in der Sekundärspule (n₂ klein)

Damit ist die Spannung an der Sekundärspule U₂ immer kleiner als die
Spannung an der Primärspule U₁.

Weil bei einem idealen Transformator die Leistungen P der Primär und Sekundärspule gleich groß sind,
bedeutet eine kleine Spannung U₂, dass die Sekundärspule eine große Stromstärke I₂ liefern kann.

Anwendungen sind z.B.:

• Steckernetzteile für Handys etc.
• Transformator der Spielzeugeisenbahn
• Klingeltransformator
• Transformator zum Elektroschweißen

7. Was ist der Hochstrom-Transformator?

Zum Schmelzen des Nagels ist eine hohe Temperatur und somit ein hoher Strom erforderlich.

Also müssen wir einen Transformator wählen, der primärseitig mehr Windungen hat.

In diesem Fall haben wir  folgenden  Transformator gewählt:

N₁ = 300 Wdgn.      N₂ = 6 Wdg.

d.h. dass der Sekundärstrom 50 mal höher ist als der Primärstrom.

Bei einer Absicherung des Primärkreisen mit 10A können also auf der Sekundärseite

des Trafos Ströme von  maximal 500A fließen. Das reicht zum Schmelzen des Nagels aus.