Der Transformator

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Der Transformator

• Tim Jedro
• Gruppe 5

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Gliederung

• Historisches
• Funktionsweise
• Schaltsymbole
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Gliederung

• Historisches
• Michael Faraday
• Joseph Henry
• Funktionsweise
• Schaltsymbole
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Michael Faraday

• -22.09.1791 ?25.08.1867
• -Einheit der elektr. Kapazität
• 1F1C/1V
• -entdeckte 1831 die magnetische Induktion
• FB ? A ?(cosa)
• Uind-N ? df/dt

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Joseph Henry

• -17.12.1797 ?13.05.1878
• -Einheit der Induktivität Henry H
• 1H1Vs/A
• -Induktivität L
• Lm0?(N² ? A)/l

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Gliederung

• Historisches
• Funktionsweise
• Grundannahmen
• idealer Transformator
• realer Transformator
• Ersatzschaltbild
• Aufbau
• Schaltsymbole
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Grundannahmen

• Beim Trafo verhalten sich die Spannungen wie die
  Windungszahl der Spule Spannungs-Windungszahl-Ges
  etz
• 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

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Idealer Transformator

• Permeabilität Magnetwerkstoff ? ? , Luft ? 0
  ? kein Streufeld
• elektrische Leitfähigkeit des Magnetwerkstoffes ?
  0
• ? keine Wirbelströme
• Magnetwerkstoff hat keine Ummagnetisierungsverlust
  e
• die elektrische Leitfähigkeit der Wicklungen geht
  gegen Unendlich gt keine Wicklungsverluste
• Daraus ergibt sich das Durchflutungsgleichgewicht
  des idealen Transformators I1N1 I2N2 0

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Realer Transformator(mit Eisenkern)

• Übertragungsverluste
• durch den ohmschen Widerstand der Wicklung
• durch Wirbelstrombildung im Kern
• Ummagnetisierungsverluste und
• durch andere Effekte

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RFe

• RFe berücksichtigt die Hysterese- und
  Wirbelstromverluste (RFe gt )

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Hystereseverluste
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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

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R1 und R2

• R1 und R2 repräsentieren die Stromwärmeverluste
  in den Kupferwicklungen (niederohmig)
• Rrl/A

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Ls1,2

• Ls1,2 ... Streuinduktivitäten

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Lh

• Gegeninduktivität (auch M)
• Lh berücksichtigt den Magnetisierungsstrom im
  Leerlauf
• Aus dem ESB der gekoppelten Spule
• HauptinduktivitätenM

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Notwendige Umrechnungen

• U2 U2 (N1 / N2)
• I2 I2 (N2 / N1)
• Ls2 Ls2 (N1 / N2)²
• R2 R2 (N1 / N2)²
• Lh M M (N1/N2)

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Ersatzschaltbild(ESB)
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Aufbau

• Eisenkern
• Aus Eisenblech geschichtet, z.B. 0,35mm stark,
  mit Silizium legiert gt reduziert
  Wirbelstromverluste
• Windungen
• Anzahl der Windungen hängt von den gewünschten
  Spannungen ab
• Material, Größe, Leiterquerschnitt
• Abhängig von den gewünschten Stromstärken

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Gliederung

• Einführung
• Funktionsweise
• Schaltsymbole
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Schaltsymbole
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Schaltsymbole
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Gliederung

• Einführung
• Funktionsweise
• Schaltsymbole
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Betriebszustände

• Leerlauf / Unbelasteter Transformator
• Belasteter Transformator
• Nennlast Betrieb
• Lastbetrieb Allgemein
• Überlast Betrieb

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Belasteter Transformator

• Scheinleistung am idealen Trafo S1S2
• wobei SUI
• ?I1U1 I2U2
• Da sich die Beträge der Spannungen wie die
  jeweiligen Windungszahlen zueinander verhalten
  folgt
• I1/I2 N2/N1

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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

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Lastbetrieb Allgemein

• Bei Lastbetrieb wird das Übersetzungsverhältnis
  vom Leerlauf nicht mehr exakt eingehalten. Gründe
  sind
• UGUSecUA mit
• UG als Sekundär-Gesammtspannung
• USec als an Sekundärspule anliegende Teilspannung
• UA als die am Verbraucher anliegende
  Ausgangsspannung

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Gliederung

• Einführung
• Funktionsweise
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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Anwendungen

• des Transformators
• Spannungsanpassung
• Energietransport
• Getaktete/Schaltnetzteile
• Mittelfrequenztrafos
• Galvanische Trennung
• Messwandler
• Widerstandstransformation
• der Induktion
• Induktives Rühren
• Induktionshärten
• Induktionsschweißen
• Induktionskochen

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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.

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Gliederung

• Einführung
• Funktionsweise
• Betriebszustände
• Anwendungen
• Quellen

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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 131109
• http//de.wikipedia.org/wiki/Schaltnetzteil
  30.11.2006 130831
• http//de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Trennung
  30.11.2006 130726
• http//www.dg1asc.de/scrap/elektor.htm 05.12.2006
  132739
• 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

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