Der Transformator

Der Transformator (Umspanner) ist ein elektrisches Gerät zum Erhöhen oder Erniedrigen der Spannung eines Wechselstromes, wobei die elektrische Leistungüber zwei voneinander getrennte Wicklungen durch Wirkung eines magnetischen Feldes rein „transformatorisch“übertragen wird.

Aufbau:

Auf Eisenkernen (Schenkeln), die zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einzelnen hochlegierten Blechen zusammengesetzt sind, befinden sich je zwei Wicklungen: die Niederspannungswicklung mit wenigen Windungen starken Drahtes und die Hochspannungs-wicklung mit vielen Windungen schwachen Drahtes. Beide Wicklungen sind gegen den Kern sowie auch gegeneinander isoliert. Die Kerne werden oben und unten durch Joche, gleichfalls aus legierten Blechen, verbunden und magnetisch geschlossen. Die Wicklungsenden des Kernes werden durch Leitungen mit Durchführungsisolatoren verbunden. Beim Drehstrom-transformator erhält man je drei Hochspannnungs- und drei Niederspannungsdurchführungen. Ist der Nullpunkt herausgeführt, kommt noch eine 4. Niederspannungsdurchführung hinzu (z. B. bei 380/220 V).

Außer dem beschriebenen Kerntransformator, der der einfacheren Ausführung wegen allgemein bevorzugt wird, gibt es Manteltransformatoren, die wegen des besseren Eisenschlusses eine geringere Streuung aufweisen.

Wirkungsweise:

Man unterscheidet die Primärwicklung, d. h. die elektrische Leistung aufnehmende Wicklung und die Sekundärwicklung, d. h. die elektrische Leistung abgebende Wicklung, ebenso auch Primärspannung U1 und Sekundärspannung U2, Primärstrom I1 und Sekundärstrom I2 sowie Primärwindungszahl w1 und Sekundärwindungszahl w2. Wird die Primärwicklung von einem Wechselstrom durchflossen, so wird durch gegenseitige Induktion in der Sekundärwicklung ebenfalls eine Wechselspannung hervorgerufen. Da die von der Primärspule ausgehenden magnetischen Feldlinien fast verlustfrei durch den Eisenkern zusammengehalten werden, verhält sich die Primärspannung zur Sekundärspannung wie die zugehörigen Windungszahlen der Wicklungen; die Ströme dagegen verhalten sich umgekehrt wie die Windungszahlen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Verhältnis der Windungszahl der Oberspannungswicklung zu der der Unterspannungswicklung bezeichnet man als das Übersetzungsverhältnis. Es entspricht dem Verhältnis der Spannungen und wird stets für den Leerlauf der Transformatoren angegeben.

Nach der Kühlungsart unterscheidet man Trockentransformatoren, bei dem die Stromwärmen durch die umgebende Luft abgeführt wird und Öltransformator, bei dem der Eisenkern mit den Wicklungen in einem Gehäuse mit Öl untergebracht ist, das die Wärme ableitet und gleichzeitig isoliert. Windungs-, Körper- und Kurzschluß innerhalb eines Transformators machen sich durch zeitige Ölzersetzung und damit Gasentwicklung bemerkbar, die durch das Buchholzschutzrelais angezeigt wird.

Nach ihrer technischen Verwendung unterscheidet man ferner:

Spartransformatoren mit einer kombinierten primär- und Sekundärwicklung für geringe Spannungsunterschiede; Regeltransformatoren; Drehtransformatoren; Anlaßtransformatoren; Schutztransformatoren mit sekundärseitig 24 oder 42 V, zum Anschluß von Handlampen und Kleingeräten; Meßwandler. In elektrischen Schmelzöfen wirkt das Schmelzgut selbst oft als „Sekundärwicklung“ eines Transformators. Die bisher beschriebenen Transformatoren werden speziell für eine Frequenz (meist 50 HZ) gebaut. Im Tonfrequenzgebiet verwendet man Transformatoren (Übertrager) für ein breites Frequenzband: Anpassungstransformatoren für Lautsprecher usw. Diese Übertrager werden mitunter auf ringförmige Kerne gewickelt. In der Hochfrequenztechnik können keine Eisenbleche als Kerne mehr verwendet werden. Man benutzt Luftspulen oder Kerne aus Hochfrequenzeisen (Massekern).

Generatoren arbeiten nach dem Prinzip des Elektromagnetismus, der als Dynamoeffekt bekannt ist. Wird ein Draht in ein Magnetfeld bewegt, so baut sich elektrischer Strom darin auf. Ein gängiger Generator verwendet riesige Drahtwicklungen um einen Rotor, der sich innerhalb der Pole eines kräftigen Elektromagneten bewegt. Der Rotor wird von einer Turbine gedreht, die durch Dampf oder fließendes Wasser angetrieben wird. Der „Druck“ der Elektrizität wird in Einheiten gemessen, die man Volt nennt. Während eine Taschenlampe eine Spannung von nur 1,5 Volt hat, erzeugen Generatoren Elektrizität von etwa 25.000 Volt. Wenn die Elektrizität zu uns nach Hause kommt, ist die Netzspannung auf etwa 220 Volt reduziert (durch Transformatoren).