Der Transformator Tim Jedro Gruppe 5 1 Gliederung

Der Transformator Tim Jedro Gruppe: 5 1

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

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

Michael Faraday -*22. 09. 1791 25. 08. 1867 -Einheit der elektr. Kapazität 1 F=1 C/1 V -entdeckte 1831 die magnetische Induktion F=B A (cosa) Uind=-N df/dt Tim Jedro – Der Transformator 4

Joseph Henry -*17. 12. 1797 13. 05. 1878 -Einheit der Induktivität Henry [H] 1 H=1 Vs/A -Induktivität [L] L=m 0 [(N² A)/l] Tim Jedro – Der Transformator 5

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

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 7

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 8

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

RFe • RFe berücksichtigt die Hystereseund Wirbelstromverluste (RFe => ) Tim Jedro – Der Transformator 10

Hystereseverluste Tim Jedro – Der Transformator 11

Wirbelstromverluste • Nach dem Induktionsgesetz wird auch im Eisen ein Strom induziert. • Bei Wechselstromerregung einer Spule mit Eisenkern sind dies so genannte Wirbelströme: Ekreisförmige Ströme in der Ebene senkrecht zu den Feldlinien Tim Jedro – Der Transformator 12

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

Ls 1, 2 • Ls 1, 2. . . Streuinduktivitäten Tim Jedro – Der Transformator 14

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

Notwendige Umrechnungen • U 2’ = U 2 (N 1 / N 2) • I 2’ = I 2 (N 2 / N 1) • Lσ2’ = Lσ2 (N 1 / N 2)² • R 2’ = R 2 (N 1 / N 2)² • Lh =M´= M (N 1/N 2) Tim Jedro – Der Transformator 16

Ersatzschaltbild(ESB) Tim Jedro – Der Transformator 17

Aufbau Eisenkern • Aus Eisenblech geschichtet, z. B. 0, 35 mm 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 18

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

Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator 20

Schaltsymbole Tim Jedro – Der Transformator 21

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

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

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 24

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 25

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 26

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

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

Getaktete/Schaltnetzteile • In Schaltnetzteilen werden mit Halbleiterschaltern für den Transformator Eingangsspannungen mit Frequenzen von etwa 20 k. Hz bis 2 MHz erzeugt. Damit können erheblich leichtere Netzteile bzw. Stromversorgungen gebaut werden. • Ein zur Übertragung von 4000 Watt geeigneter Transformator wiegt beispielsweise: E bei 50 Hz ca. 25 kg E bei 125 k. Hz dagegen lediglich 0, 47 kg. Tim Jedro – Der Transformator 29

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

• Quellen Vorauslexikon zur BROCKHAUS Enzyklopädie E 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. dg 1 asc. de/scrap/elektor. htm 05. 12. 2006 13: 27: 39 • Grundlagen der Elektrotechnik 1 E • Teil B Sommersemester Prof. Dr. -Ing. D. Naunin S: 43 ff Fachhochschule Kiel E Fachbereich Informatik und Elektrotechnik Labor für Grundlagen der Elektrotechnik Tim Jedro – Der Transformator 31