Der Transformator Tim Jedro Gruppe: 5

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

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

Michael Faraday -*22.09.1791 25.08.1867 -Einheit der elektr. Kapazität 1F=1C/1V -entdeckte 1831 die magnetische Induktion F=B  A (cosa) Uind=-N  df/dt Tim Jedro – Der Transformator

-Einheit der Induktivität Henry [H] Joseph Henry -*17.12.1797 13.05.1878 -Einheit der Induktivität Henry [H] 1H=1Vs/A -Induktivität [L] L=m0[(N²  A)/l] Tim Jedro – Der Transformator

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

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 Tim Jedro – Der Transformator

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 Tim Jedro – Der Transformator

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

RFe RFe berücksichtigt die Hysterese- und Wirbelstromverluste (RFe => ¥) Tim Jedro – Der Transformator

Hystereseverluste Tim Jedro – Der Transformator

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

R1 und R2 R1 und R2 repräsentieren die Stromwärmeverluste in den Kupferwicklungen (niederohmig) R=rl/A Tim Jedro – Der Transformator

Ls1,2 Ls1,2 ... Streuinduktivitäten Tim Jedro – Der Transformator

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

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) Tim Jedro – Der Transformator

Ersatzschaltbild(ESB) Tim Jedro – Der Transformator

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 Tim Jedro – Der Transformator

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Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator

Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator

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

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 Tim Jedro – Der Transformator

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 Primärwicklung Tim Jedro – Der Transformator

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 Tim Jedro – Der Transformator

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

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

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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 Tim Jedro – Der Transformator