Mit dem Transformator können Sie die Spannung aufgrund eines Verlusts der Stromstärke erhöhen oder umgekehrt. In allen Fällen gilt der Energieerhaltungssatz, ein Teil davon wird jedoch zwangsläufig in Wärme umgewandelt. Daher ist der Wirkungsgrad des Transformators, obwohl er normalerweise nahe bei Eins liegt, geringer.
Anweisungen
Schritt 1
Der Transformator basiert auf einem Phänomen, das als elektromagnetische Induktion bezeichnet wird. Wird ein Leiter einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt, entsteht an den Enden dieses Leiters eine Spannung, die der ersten Ableitung der Änderung dieses Feldes entspricht. Somit entsteht bei konstantem Feld keine Spannung an den Enden des Leiters. Diese Spannung ist sehr klein, kann aber erhöht werden. Dazu reicht es, statt eines geraden Leiters eine Spule mit der gewünschten Windungszahl zu verwenden. Da die Windungen in Reihe geschaltet sind, werden die Spannungen an ihnen aufsummiert. Unter sonst gleichen Bedingungen ist die Spannung daher entsprechend der Anzahl der Windungen größer als eine einzelne Windung oder ein gerader Leiter.
Schritt 2
Sie können auf unterschiedliche Weise ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. Wenn Sie beispielsweise einen Magneten neben der Spule drehen, wird ein Generator erzeugt. Im Transformator wird dazu eine andere Wicklung verwendet, die als Primärwicklung bezeichnet wird, und an sie wird eine Spannung der einen oder anderen Art angelegt. In der Sekundärwicklung entsteht eine Spannung, deren Form der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs in der Primärwicklung entspricht. Ändert sich die Spannung an der Primärwicklung sinusförmig, ändert sie sich an der Sekundärwicklung kosinusförmig. Das Übersetzungsverhältnis (nicht zu verwechseln mit dem Wirkungsgrad) entspricht dem Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen. Es kann entweder weniger oder mehr als eins sein. Im ersten Fall wird der Transformator abgesenkt, im zweiten - Aufwärts. Die Windungszahl pro Volt (die sogenannte "Windungszahl pro Volt") ist für alle Transformatorwicklungen gleich. Bei Netzfrequenztransformatoren sind es mindestens 10, sonst sinkt der Wirkungsgrad und die Erwärmung steigt.
Schritt 3
Die magnetische Permeabilität von Luft ist sehr gering, daher werden kernlose Transformatoren nur bei sehr hohen Frequenzen verwendet. In industriellen Frequenztransformatoren werden Kerne aus Stahlplatten verwendet, die mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sind. Dadurch sind die Platten elektrisch voneinander isoliert und es treten keine Wirbelströme auf, die den Wirkungsgrad verringern und die Erwärmung erhöhen können. Bei Transformatoren von Schaltnetzteilen, die mit erhöhten Frequenzen arbeiten, sind solche Kerne nicht anwendbar, da in jeder einzelnen Platte erhebliche Wirbelströme auftreten können und die magnetische Permeabilität zu groß ist. Hier kommen Ferritkerne zum Einsatz – Dielektrika mit magnetischen Eigenschaften.
Schritt 4
Verluste im Transformator, die seinen Wirkungsgrad verringern, entstehen durch die Emission eines elektromagnetischen Wechselfeldes durch ihn, kleine Wirbelströme, die trotz der getroffenen Unterdrückungsmaßnahmen im Kern noch auftreten, sowie das Vorhandensein von Wirkwiderständen in der Wicklungen. Alle diese Faktoren, mit Ausnahme des ersten, führen zu einer Erwärmung des Transformators. Der aktive Widerstand der Wicklung sollte im Vergleich zum Innenwiderstand des Netzteils oder der Last vernachlässigbar sein. Je größer der Strom durch die Wicklung und je niedriger die Spannung daran ist, desto dicker wird der Draht dafür verwendet.
