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1 Der Transformator Tim Jedro Gruppe: 5. 2 Gliederung Historisches Funktionsweise Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator.

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1 1 Der Transformator Tim Jedro Gruppe: 5

2 2 Gliederung Historisches Funktionsweise Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

3 3 Gliederung Historisches : Michael Faraday Joseph Henry Funktionsweise Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

4 4 Michael Faraday -* Einheit der elektr. Kapazität 1F=1C/1V -entdeckte 1831 die magnetische Induktion (cos U ind =-N d /dt Tim Jedro – Der Transformator

5 5 Joseph Henry -* Einheit der Induktivität Henry [H] 1H=1Vs/A -Induktivität [L] L= 0 [(N² A)/l] Tim Jedro – Der Transformator

6 6 Gliederung Historisches Funktionsweise : Grundannahmen idealer Transformator realer Transformator Ersatzschaltbild Aufbau Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

7 7 Grundannahmen Beim Trafo verhalten sich die Spannungen wie die Windungszahl der Spule: Spannungs-Windungszahl-Gesetz U 1 /U 2 = N 1 /N 2 Die Ströme verhalten sich beim Trafo umgekehrt zu den Windungszahlen. Dabei hängt die Primärstromstärke vom fließenden Sekundärstrom ab: I 1 /I 2 = N 2 /N 1 Tim Jedro – Der Transformator

8 8 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: I 1 N 1 + I 2 N 2 = 0 Tim Jedro – Der Transformator

9 9 Realer Transformator (mit Eisenkern) Übertragungsverluste durch den ohmschen Widerstand der Wicklung durch Wirbelstrombildung im Kern Ummagnetisierungsverluste und durch andere Effekte Tim Jedro – Der Transformator

10 10 R Fe R Fe berücksichtigt die Hysterese- und Wirbelstromverluste (R Fe Tim Jedro – Der Transformator

11 11 Hystereseverluste Tim Jedro – Der Transformator

12 12 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 Tim Jedro – Der Transformator

13 13 R 1 und R 2 R 1 und R 2 repräsentieren die Stromwärmeverluste in den Kupferwicklungen (niederohmig) R= l/A Tim Jedro – Der Transformator

14 14 L 1,2 L 1,2... Streuinduktivitäten Tim Jedro – Der Transformator

15 15 LhLh Gegeninduktivität (auch: M´) L h berücksichtigt den Magnetisierungsstrom im Leerlauf Aus dem ESB der gekoppelten Spule: Hauptinduktivitäten=M Tim Jedro – Der Transformator

16 16 Notwendige Umrechnungen U 2 = U 2 (N 1 / N 2 ) I 2 = I 2 (N 2 / N 1 ) L σ2 = L σ2 (N 1 / N 2 )² R 2 = R 2 (N 1 / N 2 )² L h =M´= M (N 1 /N 2 ) Tim Jedro – Der Transformator

17 17 Ersatzschaltbild(ESB) Tim Jedro – Der Transformator

18 18 Aufbau Tim Jedro – Der Transformator 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

19 19 Gliederung Einführung Funktionsweise Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

20 20 Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator

21 21 Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator

22 22 Gliederung Einführung Funktionsweise Schaltsymbole Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

23 23 Betriebszustände Leerlauf / Unbelasteter Transformator Belasteter Transformator Nennlast Betrieb Lastbetrieb Allgemein Überlast Betrieb Tim Jedro – Der Transformator

24 24 Belasteter Transformator Scheinleistung am idealen Trafo: S 1 =S 2 wobei S=UI I 1 U 1 = I 2 U 2 Da sich die Beträge der Spannungen wie die jeweiligen Windungszahlen zueinander verhalten folgt: I 1 /I 2 = N 2 /N 1 Tim Jedro – Der Transformator

25 25 Nennlast Betrieb Wenn an der Sekundärspule die maximal zugelassene Leistung entnommen wird U n = U o - U i mit U n als Nennspannung, U o als Leerlaufspannung U i als Spannung am Innenwiderstand der Primärwicklung Tim Jedro – Der Transformator

26 26 Lastbetrieb Allgemein Bei Lastbetrieb wird das Übersetzungsverhältnis vom Leerlauf nicht mehr exakt eingehalten. Gründe sind : U G =U Sec +U A mit U G als Sekundär-Gesammtspannung U Sec als an Sekundärspule anliegende Teilspannung U A als die am Verbraucher anliegende Ausgangsspannung Tim Jedro – Der Transformator

27 27 Gliederung Einführung Funktionsweise Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

28 28 Anwendungen …des Transformators : Spannungsanpassung Energietransport Getaktete/Schaltnetzteile Mittelfrequenztrafos Galvanische Trennung Messwandler Widerstandstransformation …der Induktion: Induktives Rühren Induktionshärten Induktionsschweißen Induktionskochen Tim Jedro – Der Transformator

29 29 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. Tim Jedro – Der Transformator

30 30 Gliederung Einführung Funktionsweise Betriebszustände Anwendungen Quellen Tim Jedro – Der Transformator

31 31 Quellen Vorauslexikon zur BROCKHAUS Enzyklopädie Band 2 EL-I S: 123 & :11: :08: :07: :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 Tim Jedro – Der Transformator


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