Der Transformator - Unverzichtbar fĂŒr die StromĂŒbertragung

Transformatoren sind in vielen Bereichen unseres tĂ€glichen Lebens zu finden und sind fĂŒr die Übertragung von elektrischer Energie von einem Netz auf ein anderes unerlĂ€sslich. Doch was ist ein Transformator genau und wie funktioniert dieser eigentlich?

Was ist ein Transformator?

Der Transformator ist ein elektrotechnisches Bauelement. Dieser besteht meist aus zwei oder mehreren Wicklungsspulen und einem verbindenden Kern. Wie der Name bereits beschreibt, transformiert der Trafo, auch Spannungswandler genannt, die Eingangsspannung zur gewĂŒnschten Spannung und gibt diese aus.
Oftmals kommen Transformatoren bei Maschinen zum Einsatz welche, z.B. aufgrund des Produktionslandes, eine andere Versorgungsspannung als das heimische Netz haben. 

Wie funktioniert ein Transformator?

Wird eine Wechselspannung an der PrimĂ€rspule angehĂ€ngt, erzeugt diese ein Magnetfeld, welches auf den Transformatorkern ĂŒbertragen wird. Der wechselnde magnetische Fluss wiederum induziert auf der SekundĂ€rseite des Transformators eine Spannung (Induktionsgesetz). Dabei entspricht das VerhĂ€ltnis von Eingangs- und Ausgangsspannung dem VerhĂ€ltnis der Windungsanzahlen der beiden Spulen. So wird zum Beispiel bei einem VerhĂ€ltnis 1:2 eine Eingangsspannung von 230 Volt in eine Ausgangsspannung von 115 Volt transformiert. Je nach AusfĂŒhrung des Transformators kann die Ausgangsspannung somit kleiner, grösser oder gleich der Eingangsspannung sein. Eine wichtige Grösse bei der Berechnung eines Transformators ist hierbei die Bemessungsleistung.  

Wer hat den Spannungswandler erfunden?

Der Trafo wurde im Jahre 1875 von Pawel Nikolajewitsch Jablotschkow erfunden als er eine verbesserte Kohlebogenlampe zu entwickeln versuchte. FĂŒr den Betrieb verwendete er eine Induktionsspule, welche vom Prinzip her bereits einem Trafo Ă€hnelte. Da er sich aber nicht mehr weiter mit diesen GerĂ€ten beschĂ€ftigte, wurde das erste Patent fĂŒr Transformatoren erst 1882 den beiden Erfindern Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs zuerkannt. 
1885 wurde dann der erste Transformator, wie wir ihn heute kennen, von den drei Ungaren KĂĄroly Zipernowsky, Miksa DĂ©ri und OttĂł Titusz BlĂĄthy patentiert. Das Unternehmen Ganz & Cie aus Budapest vertrieb diesen Transformator weltweit.

Wo werden Transformatoren eingesetzt?

Transformatoren werden in vielen Bereichen eingesetzt, wie zum Beispiel in Stromnetzen, in Elektromotoren, in elektrischen Anlagen und GerÀten. Auch bei der Begrenzung von Einschaltströmen und der Leerlaufspannung werden Transformatoren eingesetzt.
Trafos dienen hĂ€ufig der Spannungswandlung in Energieversorgungsanlagen. Aber auch zur Versorgung von Kleinspannungen werden Transformatoren in fast allen elektrischen und elektronischen GerĂ€ten eingebaut. Der Trafo findet sich somit auch in vielen HaushaltsgerĂ€ten wie dem Radio, in Beleuchtungen oder auch dem Computer wieder. 
Dabei ist die benötigte Leistung der Transformatoren sehr unterschiedlich und reicht von wenigen VA bis zu mehreren KVA, im Mittelspannungsbereich sogar bis zu mehrerer MVA. Sie benötigen einen Transformator in kundenspezifischer Spezifikation oder mit diversen Zusatzfunktionen? Bei der EHS Switzerland AG können Sie Ihren Spezialtransformator konfigurieren und bestellen.

Wie berechne ich die Leerlaufspannung eines Transformators?

Die Leerlaufspannung (auch No-Load Voltage genannt) bei Transformatoren kann mithilfe der folgenden Formel berechnet werden:

Leerlaufspannung (V) = SpannungsverhÀltnis (Vp/Vs) x PrimÀrspannung (Vp)

Dabei ist das SpannungsverhÀltnis (Vp/Vs) das VerhÀltnis der Spannungen zwischen PrimÀr- und SekundÀrwicklung des Transformators. Dieses VerhÀltnis kann entweder auf dem Transformator selbst oder in technischen Unterlagen nachgelesen werden. Die PrimÀrspannung (Vp) ist die Spannung, die an der PrimÀrwicklung des Transformators anliegt.

Beispiel:

Angenommen, das SpannungsverhÀltnis des Transformators betrÀgt 10:1 und die PrimÀrspannung betrÀgt 230V. Dann kann die Leerlaufspannung wie folgt berechnet werden:

Leerlaufspannung = (10:1) x 230V = 2300V

Es ist zu beachten, dass die Leerlaufspannung nur die Spannung ohne Last darstellt und die tatsÀchliche Spannung, die an der SekundÀrwicklung des Transformators anliegt, je nach Last und anderen Faktoren variieren kann.

Wie berechne ich die Scheinleistung eines Transformators?

Die Scheinleistung ist die zum Verbraucher zugefĂŒhrte Wirkleistung, inkl. der nicht nutzbaren Blindleistung. Bei einem Transformator gibt die Scheinleistung den möglichen Ausgangsstrom zur Ausgangsspannung an.
Die Scheinleistung bei Dreiphasigen Transformatoren wird wie folgt berechnet:

S = U * I * √3
S:    Scheinleistung
U:    Ausgangsspannung des Transformators
I:    Ausgangsstrom des Transformators
√3:    Verkettungsfaktor der Dreiphasigen Spannung

Beim Ausrechnen der benötigten Scheinleistung wird immer mit der Ausgangsspannung des Transformators gerechnet. 

Was ist der Unterschied zwischen einem belasteten und einem unbelasteten Transformator?

Ein Transformator ist belastet, wenn der SekundĂ€rstromkreis geschlossen ist, beziehungsweise ein Verbraucher angeschlossen wurde. Das kann z.B. eine Lampe sein, oder auch eine komplette Produktionsanlage. Ab diesem Moment gibt der Spannungswandler elektrische Energie an den Verbraucher ab. 
Ist der SekundÀrstromkreis offen, weil z.B. kein Verbraucher angeschlossen ist oder auch ein Schalter offen ist, so ist er unbelastet, da er keine Energie abgibt.

Transformator Arten

Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Transformatoren: Trenntransformatoren und Spartransformatoren.
Trenntransformatoren haben voneinander getrennte Wicklungsspulen. Dadurch haben die Ein- und Ausgangsspulen keine elektrische Verbindung
-> Der sekundÀre Stromkreis ist galvanisch getrennt vom primÀren Stromkreis.
Spartransformatoren bestehen nur aus einer Spule. Der PrimĂ€r- und SekundĂ€ranschluss sind somit elektrisch verbunden. Diese Transformatoren sind gut geeignet fĂŒr Spannungsanpassungen, da die Baugrösse nur auf die Spannungsdifferenz zwischen PrimĂ€r- und SekundĂ€ranschluss ausgelegt werden muss und nicht fĂŒr die komplette Verbraucherleistung.
FĂŒr eine galvanische Trennung des SekundĂ€rnetzes sind diese Transformatoren nicht geeignet.

Was passiert, wenn ein Trafo ĂŒberlastet wird?

Wird ein Transformator ĂŒber lĂ€ngere Zeit ĂŒberlastet wird dieser zu heiss. Dabei kann die Isolation der SpulendrĂ€hte durchbrennen und KurzschlĂŒsse können entstehen.
 -> Der Trafo geht kaputt.              
Zum Schutz vor Überlast muss der Transformator Eingangsseitig abgesichert werden, dies kann durch einen Trafo-Schutz erreicht werden. ZusĂ€tzlich können in den Wicklungsspulen Temperaturschalter eingebaut werden.

Wie erkenne ich, ob ein Transformator defekt ist?

Im ersten Schritt muss der Transformator vom sekundĂ€ren Netz getrennt werden. Anschliessend kann mit einem Multimeter die Ein- und Ausgangsspannung gemessen werden. Stimmen diese mit den Angaben auf dem Typenschild ĂŒberein funktioniert der Transformator korrekt.
Wenn weder am Eingang noch am Ausgang Spannung vorhanden ist, muss die Sicherung eingeschalten werden. 😉

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