Wie funktioniert ein Transformator?

Funktionsprinzip des Transformators

Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, das auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitet, um elektrische Energie von einem Stromkreis zu einem anderen zu übertragen. Er ermöglicht die Anpassung der Spannungsebenen in einem Wechselstromsystem (AC), indem er die Spannung erhöht (stepping up) oder verringert (stepping down), wobei die Frequenz gleich bleibt.

Arbeitsprinzip:

Grundkomponenten
Ein Transformator besteht aus zwei Wicklungen, den sogenannten "Primärwicklung", die mit der AC-Stromquelle verbunden ist, und der "Sekundärwicklung", die mit der Last verbunden ist. Diese Wicklungen sind um einen Kern gewickelt, der in der Regel aus magnetischem Material (wie Eisen) hergestellt ist. Der Kern dient dazu, das durch den Strom in der Primärwicklung erzeugte Magnetfeld zu konzentrieren und zu leiten.

Prinzip der elektromagnetischen Induktion
Wenn Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er ein ständig wechselndes Magnetfeld. Gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz induziert dieses sich ändernde Magnetfeld eine Spannung (elektromotorische Kraft, EMK) in der Sekundärwicklung, auch wenn die beiden Wicklungen nicht elektrisch miteinander verbunden sind.

Spannungsumwandlung
Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung hängt vom Windungsverhältnis ab – dem Verhältnis der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung zur Anzahl der Windungen in der Primärwicklung. Wenn die Sekundärwicklung mehr Windungen hat als die Primärwicklung, wird die Spannung erhöht; wenn sie weniger Windungen hat, wird die Spannung verringert.

Stromumwandlung
Aufgrund der Energieerhaltung besteht ein umgekehrtes Verhältnis zwischen Spannung und Strom. Wenn die Spannung erhöht wird, nimmt der Strom ab, und wenn die Spannung verringert wird, nimmt der Strom zu, wodurch der Leistungsausgleich gewährleistet wird.

Lastanschluss
Die Last (z. B. Geräte oder Maschinen) ist an die Sekundärwicklung angeschlossen, die die transformierte Spannung zur Versorgung der Last bereitstellt.

Isolation und galvanische Trennung
Transformator bieten elektrische Isolation und galvanische Trennung zwischen den Primär- und Sekundärschaltkreisen. Das bedeutet, dass es keine direkte elektrische Verbindung zwischen den Wicklungen gibt, was die Sicherheit erhöht und ungewollten Stromfluss zwischen den Schaltkreisen verhindert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Transformator auf der elektromagnetischen Induktion basieren, bei der ein sich änderndes Magnetfeld von der Primärwicklung eine Spannung in der Sekundärwicklung induziert. Durch die Variation der Anzahl der Windungen können Transformator die Spannung erhöhen oder verringern, während sie den Leistungsausgleich zwischen den Primär- und Sekundärschaltkreisen aufrechterhalten. Transformator sind wesentliche Komponenten in Energieverteilungs- und -übertragungssystemen, die eine effiziente und sichere Elektrizitätsversorgung ermöglichen.