Diskussion:Transformator

Sternpunkt

Hallo

Eine Frage : Bei einigen Trafos wird der Sternpunkt einer Seite geerdet. Warum mach man das ? Welche Vorteile, Nachteile ? Wann soll man dies machen ? Sinn und Zweck ?

Merci.

Um eine bestimmte Netzform zu erreichen. Bei Niederspannungstrafos erdet man die Unterspannungsseite um zum beispiel ein T-N... Netz zu erreichen. So hat man ein erdbezogenes Potential um verschiedene Sicherheitseinrichtungen zu realisieren (Nullung, RCD...) und man hat verschiedene Spannungshöhen (230V~, die normale "haushaltsspannung", Aussenleiter gegen Null (Erde)). Im Hochspannungsnetz werden die Sternpunkte entweder NOSPE/KNOSPE geerdet, damit gleicht man kapazitive Ströme der Freileitungen oder/und Erdschluss(Fehlerströme) aus. --84.185.85.202 20:53, 27. Jan. 2007 (CET)

Definition

Hallo ich schlage vor, die Definition eines Trafos genauer zu fassen.

• Statt Wickelkern besser weichmagnetischer Kern. (Ein Wickelkern ist nur ein "Untermenge" bei den möglichen Kernen/Kernformen)
• Statt Spule besser Wicklung.

NEU: Ein Trafo besteht aus einem Kern mit mindestens zwei Wicklungen. Der Kern besteht aus weichmagnetischen Werkstoffen wie. z.B. .....

In Folge würde ich dann auch das Thema "Spule" und verwandte Artikel anpassen. Harry20 09:03, 14. Mär 2004 (CET)

Eine Wicklung reicht aus! -217.83.61.25

Stimmt, außerdem "muß" ein Transformator keinen Kern haben (siehe Lufttransformator) und je nach Aufgabe kann der Kern aud "härter" magnetisch sein!
"Wickelkern" habe ich im Artikel nicht gefunden. -- WHell 08:28, 23. Feb 2005 (CET)

ELA

• Stromzählpfeile im Diagramm von Abschnitt

Kann mal jemand bitte noch ELA Trafos erklaeren --217.83.48.108 11:09, 5. Feb 2005 (CET)

ELA ist die Abkürzung für Elektrische Lautsprecher Anlagen. Ein spezieller "ELA-Transformator" ist mir leider nicht bekannt. Beim Googeln erhielt ich nur 1 (!) Meldung und darin war "ELA" der Firmenname ..... -- WHell 10:36, 8. Feb 2005 (CET) Siehe hier, Übertrager, es werden mit einem ELA Übertrager höher frequente Signale als 50 Hz übertragen. EIn ELA Übertrager hat deshalb verlustärmere Blechkerne als ein 50 HZ Energie Trafo und meist einen Luftspalt im Eisenkern damit der Kern bei einem unvermeidlichen Gleichspannungsanteil auf der Primärseite nicht in Sättigung geht. Es gelten aber alle Regeln wie beim Energie-Transformator.

Ringkerntrafo

ach ja, Ringkerntrafos werden gar nicht erwaehnt. Mich wuerden sehr eventuelle vor- bzw. nachteile dieser bauform interessieren. --217.83.48.108 11:30, 5. Feb 2005 (CET)

Im Abschnitt "Eisenkerntransformator" ist jetzt ein Abschnitt zu Ringkernen aufgeführt. -- WHell 10:06, 8. Feb 2005 (CET)

Bild: Masttrafo aus Canada

ich halte dieses Bild (vom 14.Febr. von Ckeen) für nicht geeignet in diesem Artikel. 1. derartige Trafos sind in Deutschland untypisch/exotisch, 2. Auf dem Bild kann man den Trafo nicht direkt erkennen. Bevor ich lösche, wollte ich mal andere Meinungen hören. Gruß Harry20 22:22, 21. Feb 2005 (CET)

Das blödsinnige Dings ist mir auch schon lang ein Dorn im Fleisch - schmeiß es raus! -- WHell 10:37, 28. Apr 2005 (CEST)

Und nimm meinen Aufgeschnittenen nach oben!! ;-) Oder soll ich ein Foto von einem Hochspannungstrafo einstellen? Oder so? -- Stahlkocher 12:19, 28. Apr 2005 (CEST)

Wenn du ein gutes wie den "Aufschnitt" hat, rein damit! Der Aufschnitt ganz oben wär gut, weil da Innen- und Außenleben anschaulich präsentiert sind.-- WHell 13:18, 28. Apr 2005 (CEST)

Ich guck nacher mal. Ansonsten warte ich auf besseres Wetter und fahr mal spazieren ;-) -- Stahlkocher 13:23, 28. Apr 2005 (CEST)

Ölgekühlter Transformator

Im Text steht "Zusätzlich dient das Öl als hervorragender Isolator. Je nach Isolationsanforderung/Spannungsebene reicht die Lackisolierung der Kupferleiter zusammen mit dem Öl aus, und das Tränken bzw. der Verguß der Wicklungen wird überflüssig."

Dazu meine Frage: werden Öl-Transformatoren tatsächlich ohne Tränken und Verguß der Wicklungen mit dem üblichen Tränklack gebaut?

Es gibt nämlich einen Grund, warum auch Öltrafos eine Tränklack-Isolation bekommen sollten: Vor der Inbetriebnahme wird üblicherweise die Isolation mit einem Mehrfachen der Betriebsspannug geprüft. Diese Prüfung wird außerhalb des Öltanks an der Luft durchgeführt, da nur so Isolationsfehler oder Kurzschlüsse so rechtzeitig bemerkt werden können, daß die Prüfung abgebrochen und der Trafo noch repariert werden kann. Vor allem Hochspannungs-Transformatoren überstehen diese Prüfung jedoch nur, wenn sie zusätzlich zu der Lackdraht-Isolation eine Tränk-Isolation haben.
Daneben dürfte die zusätzliche Tränk-Isolation für die Trafobauer den geringeren Aufwand darstellen gegenüber dem Risiko, daß der Trafo an einer Stelle etwa wegen Verletzung der Draht-Lackschicht und Berührung der blanken Metallteile trotz Öl-Isolation doch durchbrennt. -- WHell 10:00, 23. Mai 2005 (CEST)

Magnetfeld

Der Satz: "Wenn eine Spule von elektrischem Strom durchflossen wird, entsteht ein Magnetfeld" ist strenggenommen nicht richtig. Man könnte meinen, je länger der Strom fließt, desto mehr Magnetfeld entsteht. Richtiger wäre: Wird eine Spule von Strom durchflossen, so hat sie ein, mit der Stromstärke wachsendes, Magnetfeld. Oder einfacher: Eine von Strom durchflossene Spule hat ein Magnetfeld. RaiNa 16:51, 20. Jul 2005 (CEST)

hast recht! -- WHell 10:23, 21. Jul 2005 (CEST)

Belasteter Transformator

• Prinzipschaltbild geändert (Spannungspfeile sollen nur 1 Pfeil haben)
• "Spannungsverhältnis exakt gleich dem Windungsverhältnis" ist reine Theorie!
• U ip ist nicht erklärt und im vorhergehenden Diagramm nicht beschrieben: hier gibt'S Überarbeitungsbedarf!
• Die Formeln sollten in LaTeX geschrieben werden!

hoch und runtertransformieren

gibt es nicht auch Transformatoren, bei denen die Spannung konstant bleibt (=primaer und sekundaer gleiche Windungszahl), bei denen es also nur wichtig ist, dass etwas elektrisch getrennt ist oder sich die Phasen um 90° verschieben? Prolineserver 17:23, 31. Aug 2005 (CEST)

Nette Anmerkung. Mir fällt z.B. ein Trenntrafo zur galvanischen Trennung zweier Stromkreise ein, oder ein Übertrager in der HF-Technik. Vielleicht findest du Zeit, den Artikel zu erweitern. Anton 20:58, 2. Sep 2005 (CEST)

Was bitte soll bedeuten: damit sich die Phasen verschieben?RaiNa 23:05, 2. Sep 2005 (CEST) nachgetragen

Naja: Das was an der Sekundaerspule an Spannung induziert wird ist die erste Ableitung der Stromstaerke an der Primaerseite. Das heisst, wenn die Spannung primaer ihr Maximum hat ist dort die Stromstaerkeaenderung 0 und somit die Induzierte Spannung auch Null. Stellt man den Verlauf der Spannungen in einem Diagramm dar ergeben sich 2 sinusfunktionen, wobei die sekundaerseitige um 90 pi/2 versetzt ist. Und das wird auch manchmal in der analogen Schaltungstechnik benoetigt. --Prolineserver 22:06, 2. Sep 2005 (CEST)

Das sollte nochmal überdenkt werden. Leider bestehen allgemein recht große Probleme, den Transformator -als idealen Transformator- zu verstehen. Reale Trafos verkomplizieren das Ganze. Ursächlich dafür ist die Einführung von Transformatoren über den "Wechselstrom", wobei auch dieser Begriff "gefährlich" ist.

Recht einfach deutlich machen kann man es sich, wenn man einfach mal eine Gleichspannung an die Primärspule anlegt. Damit wird die Stromstärke in der Spule zunehmen, und zwar linear über die Zeit. Der sich ändernde magnetische Fluss induziert nun eine Spannung in der Sekundärspule, die exakt proportional zur angelegten Primärspannung ist. Da wir von Gleichspannung reden, gibt es natürlich auch keine Phasenverschiebung. Nun können wir die Gleichspannung natürlich verändern, insbesondere können wir sie auch negativ werden lassen und ganz speziell: wir können sie sinusförmig verändern. Somit ist zu sehen: die Sekundärspannung und die Primärspannung sind immer in Phase. RaiNa 23:05, 2. Sep 2005 (CEST)

$U=0\,\mathrm {V}$: $U_{p}$ steigt, $I_{p}$ steigt, da $A=\mathrm {konst.}$ steigt auch $\Phi$ und somit ist $\Delta \Phi >0\,\mathrm {Wb}$ und $U_{i}$ sollte das Maximum erreichen. Bei der Batterie und Gleichstrom sollte es das gleiche sein: wenn die Stromstaerke primaer ihr Maximum erreicht hat, dann ist die Induktionsspannung sekundaer gleich 0 V (aber Primaer > 0). Nehme ich diese Battarie weg (primaer = 0 V), ist die Induktionsspannung negativ. Lege ich die Batterie umgepolt wieder an, ist die Spannung primaerseitig negativ, sekundaerseitig auch. Oder hab ich jetzt nen Denkfehler? --Prolineserver 08:40, 3. Sep 2005 (CEST)

Bitte noch mal genau nachdenken. Diese Vorstellung, dass ein Transformator die Phase der Spannung verschiebt, ist sehr verbreitet, dennoch aber falsch. Das liegt eindeutig bei der Vermittlung im Unterricht. Wenn ich an eine Spule gegebener Induktivität eine Spannung anlege, steigt in der Spule der Strom an, propotional zu angelegter Spannung und Zeit. Damit vergrößert sich der Magnetische Fluss durch die Spule. Eine zweite Spule, parallel zur ersten gewickelt, wird vom identischen Fluss durchströmt und in ihr wird eine Spannung induziert, die exakt der FLUSSÄNDERUNG proportional ist. Die Flussänderung ist aber proprotional zur Primärspannung, also ist die Sekundärspannung immer proportional der Primärspannung, es gibt KEINE Phasenverschiebung. Sodann muss man noch bedenken: Phasenverschiebung macht überhaupt nur Sinn für sinusförmige Wechselspannung und ist eine Funktion der Frequenz. Ein Transformator ist natürlich für eine bestimmte Frequenz ausgelegt, das liegt aber nicht begründet in seiner Eigenschaft "Transformator", sondern die Gründe sind sekundär: Eisen lässt sich nicht beliebig stark magnetisieren, es gibt Verluste im Eisen und Kupfer, Eisen und Kupfer kosten Geld, haben Masse, benötigen Platz usw. Wichtig zum Verstehen des Transformator ist, alle Sekundäreffekte zuerst wegzulassen, das Bauelement zu idealisieren. Danach kann man Einschränkungen machen. Nochmal die Bitte: genau lesen und nachdenken. Gruß an die WeltRaiNa 10:42, 3. Sep 2005 (CEST)

Es gibt sehr wohl Phasendrehungen an Trafos, z.B. Drehstromtrafos, je nach Schaltungsart um Vielfache von -30°. --DB1BMN 20:59, 17. Dez 2005 (CET)

Noch einen kleine Nachschub: "Die Batterie wegnehmen" bedeutet, den Stromfluss zu unterbrechen. Damit wird die Stromänderung unendlich, das bedeutet, die Spannung an der Spule wird unendlich. Spannung "0" an der Spule erreicht man nicht durch Wegnehmen der Batterie, sondern durch Verbinden der Spulenansschlüsse. Wegnehmen der Batterie ist das Einbauen eines Widerstandes mit R = oo.

Um die Diskussion zusammenzuhalten und um nochmals aufzuzeigen, wie schwierig es offensichtlich ist, ein so elementares Bauelement wie den Transformator adäquat im Unterricht darzustellen, habe ich den folgenden Beitrag hierhin verschoben: Hallo,

ich bin immer noch dran an der Frage. Daran haben am Sonnabend schon einige Physikstudenten diskutiert. Aber es war dann uninteressant, ob die phasengleich sind oder nicht, sondern wie stark Einfluesse und Effekte wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes, Hysterese, Verhalten der Induktivitaet zur Frequenz bezüglich Verschiebung usw. eine Phasenverschiebung bewirken koennten. Es ist aber wahrscheinlich, dass die Primaerspannung und die Sekundaere annaehernd Phasengleich sind. Vielleicht baue ich am Wochenende auch mal den Oszillographen auf.

Ich melde mich auf jeden Fall wieder, wenn ich Zeit habe. --Prolineserver 19:10, 6. Sep 2005 (CEST)

Das ist gut, das mit dem Oszillographen. Genau so habe ich mir auch mal klarmachen müssen, was eigentlich ein Transformator ist. Und deine Botschaft bestärkt meine Aussage: das Prinzip des Transformators ist sehr einfach, es wird aber durch technologische Aspekte überlagert. Und dann, noch bevor man das Prinzip wirklich verstanden hat, verstrickt man sich in all den anderen, keineswegs trivialen Problemen. Wenn man erfolgreich den Transformator gelehrt hat, dann fragt der Lernende zum Schluss: und warum gibt es eine Phasenverschiebung. Und nicht bereits am Anfang. Ich bin gespannt auf die Messergebnisse. Gruß RaiNa 20:36, 6. Sep 2005 (CEST)

Grundlegende Kritik am Artikel

Will man verstehen, was ein "Transformator" wirklich ist, so muss man sich des eigentlichen Problems bewußt werden, das durch einen "Transformator" gelöst wird. Die Physik kennt eine Größe Energie. Die Verfügungsgewalt über Energie ist für den Menschen extrem wichtig. Ebenfalls wichtig ist der Begriff Zeit. Im Gegensatz zur Energie kann die Zeit vom Menschen jedoch nicht kontrolliert werden. Die Leistung als die pro Zeit umgesetzte oder kontrollierte Energie wird somit zur eigentlich entscheidenden Größe im menschlichen Leben. Leistung als zeitbezogene Energie ist nun aber ein abstrakter Begriff, der nicht elementar zugänglich ist. Zugänglich sind die Größen Spannung und Strom, deren Produkt die Leistung gibt. Zugänglich bedeutet: Wird eine Energiequelle an eine Energiesenke angeschlossen, so dass ein Energiefluss auftreten kann, so bestimmen Eigenschaften der Quelle und Senke -Widerstände- die Spannungs- und Stromwerte, durch die die Leistung charakterisiert wird. Der Transformator ist eine elektrische Maschine, die in der Lage ist, Widerstände von Energiequelle und Senke -genannt Quellen- oder Innenwiderstand und Senke- oder Lastwiderstand- aneinander anzupassen und dient somit dem Energietransport.

Eine weitere häufige auftretende Aufgabe des Transformators ist nicht die Energieübertragung, sondern die Übertragung von Information. In dieser Anwendung ist der Energieaspekt nicht beachtet. Der Umstand, dass Information aber an Informationsträger gebunden ist und, genau so wenig wie der Raum, alleine existieren kann, lässt den Energieaspekt nicht ganz verschwinden. Die durch die physikalische Existenz gegebenen Randbedingungen (von manchen als Einschränkungen betrachtet) entsprechend dem gewünschten Ziel so zu nutzen, dass es mit minimalem Aufwand erreicht werden kann, ist die Motivation der Ingenieursleistung und Ursache für die verschiedensten Ausprägungsformen der Transformatoren.

Viele Aussagen des Artikels sind schlichtweg falsch oder einfach unvollständig. Sie zu korrigieren ist aber nur gemeinsam möglich, und nur dann, wenn man nicht grundsätzlich ausschließt, dass eine abstrakte Sichtweise überhaupt sinnvoll sein kann und nicht nur Geschwurbel darstellt.RaiNa 10:44, 10. Sep 2005 (CEST)

Hallo, ich finde nicht, daß so pauschal "Viele Aussagen des Artikels schlichtweg falsch" und "nur Geschwurbel" sind. Ganz sicher ist aber ist der Artikel "unvollständig" in dem Sinne, daß es zum Trafo noch Vieles zu sagen gibt und Vieles hier nur angerissen und nicht weiter vertieft wird. Hier steht aus meiner Sicht der Unterschied an zwischen einer allgemeinverständlichen, Überblick schaffenden Enzyklopädie und einem spezialisierten Lehrbuch des Transformatorenbaues. Es fragt sich auch, ob im Rahmen einer Enzyklopädie "eine abstrakte Sichtweise" sinnvoll ist, da erstmal genügend Hintergrundwissen erforderlich ist, um mit der Abstraktion etwas anfangen zu können.
Da außer Pauschalverurteilung keine konkret auf Textstellen bezogene Kritik erfolgt, weiss ich meinerseits nicht so recht, was damit anzufangen ist. -- WHell 12:08, 10. Sep 2005 (CEST)

Diskussion aus dem Review (Juli - August 2005)

Der Artikel hat unter Mitwirkung zahlreicher Co-Autoren inzwischen beträchtlichen Umfang erreicht und ist gut ausdifferenziert. Ist er auch verständlich oder muss noch nachgebessert werden? -- WHell 15:09, 18. Jul 2005 (CEST)

Ich hab auch nochmal drüber geguckt. Der Artikel ist wirklich gut. Vielleicht fällt jemand anderem noch was auf. -- Stahlkocher 11:01, 2. Aug 2005 (CEST)

Ich habe da noch einige Probleme mit, speziell am Anfang. So gefällt mir z.B. der Einleitungssatz überhaupt nicht, da das Entscheidende nicht die Drahtspulen und der Eisenkern sind. Ich hätte da gerne eher so etwas stehen wie das zwei Stromkreise mittels eines magnetischen Feldes gekoppelt werden und durch eine geeignete Anordnung in Drahtspulen und mit Hilfe von magnetischen Leitern wie ein Eisenkern die magn. Energie weitgehend verlustlos vom einen Stromkreis in den zweiten Stromkeis übertragen wird. Dabei kann mit Hilfe des Verhältnisses der Windungszahlen die gewünschte Spannung oder Strom in der 2. Spule eingestellt werden. Ungefähr so, aber besser formuliert. Im zweiten Absatz über die Verbreitung der elektrischen Geräte könnte man etwas konkreter werden und auf den Wettbewerb zwischen Edison und Westinghouse / Tesla eingehen. Nach Edisons Vorstellung hätte an jeder Straßenecke ein Gleichstrom-generator stehen müssen und erst mit dem Umstieg auf Wechselstrom konnte man die Stromproduktion zentralisieren und verbilligen. Der Transformator war da das entscheidende Stück.

Eine Spule ist nur eine Drahtanordnung, die die Magnetfelder von Drahtabschnitten addiert. Dieser Punkt scheint mir bei "Anordnung als Spulen" noch nicht deutlich genug beschrieben zu sein. Hysterese könnte man noch verlinken und vielleicht auch das dort vorliegende Bild einer Hysteresekurve benutzen, obwohl es das falsche ist. An so einer Kurve könnte man das reale Verhalten eines Transformators gut beschreiben. So, dass waren meine Überlegungen. Vielleicht helfen sie bei der Weiterentwicklung des Artikels. --Zahnstein 05:04, 4. Aug 2005 (CEST)

Kategorisierung

Sollte der Artikel nicht auch in die Kategorie Elektronik fallen? Ich habs da als Bauteil vermisst. Kenn mich da aber auch nicht so aus. --Rhododendronbusch 12:50, 12. Aug 2005 (CEST)

Na ja, heutzutage besteht eine verbreitete Neigung, alles was irgendwie "elektrisch" ist auch gleich als "Elektronik" einzusortieren. Lehrbuchmässig wird der Trafo eher den Elektrische Maschinen zugeordnet oder aber in deren Zusammenhang behandelt. Wohin der Trafo eingeordnet wird, ist aber für sein Funktionieren egal. Lieber Rhododendronbusch, verfolge mal eine Hochspannungsleitung bis zum Ende, dort steht dann meist ein Riesenhaufen von Gerüsten und Drähten, und die dicksten Klötze darin sind die Transformatoren. Elektronik? Dann ist auch eine Elektrolokomotive genauso ein Elektronik-Artikel wie ein Mikroprozessor. Gruß -- WHell 14:36, 12. Aug 2005 (CEST)

Es sah in meinen Augen so aus, als ob, wie Du oben schreibst, alles was irgendwie "elektrisch" ist auch gleich als "Elektronik" in die entsprechende Kategorie einsortiert wurde. Vielleicht sollte man die Kategorien mal a bissi ausmisten? --Rhododendronbusch 14:54, 12. Aug 2005 (CEST)

Die Kat ist wirklich ein schönes Sammelsurium vom Fotolack über den Reinraum und eine Lautsprecherbox bis hin zu Personen (Cyborgs?) ist da alles vertreten ;-) Da sollte sich wirklich mal jemand ans Aufräumen machen - wer kümmert sich eigentlich um den Kategorienast, das Portal:Elektrotechnik? -- srb ^♋ 18:17, 15. Aug 2005 (CEST)

Begründung grundlegender Kritik

In der Elektrik gibt es nur drei Bauelemente: Ohmsche Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten. Das ist nur wirklich sehr "akademisch". In der technischen Realität existiert eine Ausprägungsvielfalt alleine der Transformatoren, dass man, will man das Warum und Wieso kennen, entweder richtig viel lernen muss oder man macht sich klar, was ein Transformator ist, wie er funktioniert und was am Transformator KEIN Transformator ist, sondern Seiteneffekt.

Im Text steht:

Idealer Transformator

Ein idealer Transformator hat keine Übertragungsverluste. Der ideale Transformator ist eine theoretische Sonderform des realen Transformators und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• die Permeabilität des Magnetwerkstoffes (die Fähigkeit, das durch eine Spule indizierte Magnetfeld zu führen) geht gegen Unendlich $\rightarrow$ kein Streufeld
• die elektrische Leitfähigkeit des Magnetwerkstoffes geht gegen Null $\rightarrow$ keine Wirbelströme
• der Magnetwerkstoff hat keine Ummagnetisierungsverluste (Fläche der Hystereseschleife des Magnetwerkstoffes geht gegen Null)
• die Permeabilität der Luft geht gegen Null $\rightarrow$ kein Streufeld
• die elektrische Leitfähigkeit der Wicklungen geht gegen Unendlich $\rightarrow$ keine Wicklungsverluste

Daraus ergibt sich das Durchflutungsgleichgewicht des idealen Transformators:

$I_{1}n_{1}+I_{2}n_{2}=0$

Dazu ist zu sagen: Der einleitende Satz vertauscht Ursache und Wirkung: Reale Transformatoren sind Annäherungen an den "theoretischen" Transformator.

Warum muss man das Umdrehen? Wir können doch nicht einen einfachen Zusammenhang -nämlich, wie funktioniert ein idealer Transformator- zu verstehen hoffen, indem wir einen sehr komplexen Zusammenhang verstehen und dann alle Seiteneffekte weglassen!

Nun Punkt für Punkt:

• die Permeabilität des Magnetwerkstoffes (die Fähigkeit, das durch eine Spule indizierte Magnetfeld zu führen) geht gegen Unendlich $\rightarrow$ kein Streufeld

Hier liegt ein grundlegendes Missverständnis vor. Eine Spule induziert kein Magnetfeld. Eine Spule ist einfach ein, eine Fläche umschließender Draht. Richtig ist: wann immer ich einen Strom fließen lassen will, muss ich etwas Energie bereitstellen, die in einem Magnetfeld "geparkt" wird. Diese Energiemenge ist proportional dem Quadrat des Stromes und hängt ab von der Geometrie des Stromleiters und den physikalischen Eigenschaften seiner Umgebung. Diese Abhängigkeit fasst man zusammen in dem Begriff "Induktivität". Die Induktivität ist also ein Maß dafür, wieviel Energie ich aufbringen muss, um eine bestimmte Menge Strom fließen zu lassen. Der Begriff Permeabilität fasst die physikalischen Eigenschaften der Umgebung zusammen. Ob ein Transformator ideal ist, wird durch die Permeabilität nicht beeinflusst. Es sei denn, man verlangt, dass ein i.T. keine magnetische Energie speichert.

• die elektrische Leitfähigkeit des Magnetwerkstoffes geht gegen Null $\rightarrow$ keine Wirbelströme

Dieser Satz sagt lediglich: man darf zur Isolation keinen Leiter verwenden.

• der Magnetwerkstoff hat keine Ummagnetisierungsverluste (Fläche der Hystereseschleife des Magnetwerkstoffes geht gegen Null)

Auch dieser Satz definiert den idealen Transformator aus dem Realen, umgekehrt wird ein Schuh daraus.

• die Permeabilität der Luft geht gegen Null $\rightarrow$ kein Streufeld

Der Begriff Streufeld ist ausgesprochen schwammig. Man versteht darunter leicht, dass das Feld nach aussen "verstreut" wird und so verloren geht. Das ist aber keineswegs der Fall. Wichtig ist für den Transformator, dass der magnetische Fluss, der in einer Windung der Wicklung erzeugt wird, auch durch die anderen Windungen hindurchgreift. Denn nur dann findet der Induktionseffekt statt.

• die elektrische Leitfähigkeit der Wicklungen geht gegen Unendlich $\rightarrow$ keine Wicklungsverluste

Auch hier ist die Sprache nicht exakt. Die Leitfähigkeit der Wicklung des idealen Transformators geht nicht gegen unendlich, sie ist unendlich. Nur dann gibt es keine Wicklungsverluste.

'Daraus ergibt sich das Durchflutungsgleichgewicht des idealen Transformators:'

$I_{1}n_{1}+I_{2}n_{2}=0$

Was ist das für ein Gesetz? Wenn die Summe der Ströme durch einen Transformator Null ist und sehr einfach kann man dafür sorgen, dass I2 = 0 wird, dann muss auch I1 = Null sein. Ein Transformator soll aber zumindest Spannungen umsetzen. Wenn ich eine Sekundärspannung anlege und der Strom ist Null, dann muss die Induktivität unendlich sein. Ohne fließenden Strom aber kein Magnetfeld, ohne Magnetfeld keine Induktion und keine Sekundärspannung.

Wie einleitend gesagt: es gibt eigentlich nur 3 elektrische Bauelemente. Will man sie verstehen, muss man sich klarmachen, was sie wirklich bedeuten. Nur dann kann man mit Erfolg in die "Niederungen" der Praxis eintreten. Denn die Realität muss mit so vielen Einschränkungen, Verquickungen und Handycaps leben, dass es keinen "idealen" Transformator gibt, sondern lediglich Tausende von Varianten, in denen pfiffige Ingenieure und Praktiker auf die Zielsetzung hin optimierte Ausführungen geschaffen haben. Und da ist ein gutes Verständnis der Theorie gewiss nicht hinderlich. RaiNa 09:09, 15. Sep 2005 (CEST)

Kernmaterial bei Trafos

Hallo, vielleicht kann mir ja hier einer weiterhelfen. Undzar bin ich auf der Suche nach einem günstigen Werkstoff für das Kernmateriel bei einem Trafo der mit 1400Hz betrieben wird und die Spannung auf 9KV hoch transformiert. Bin für jedlichen Hinweis sehr dankbar Gruß Stefan

Hallo Stefan, geblechte Kerne sind bei der Frequenz nicht mehr optimal und sowieso nur mit Blechdicken kleiner 0,2 mm besser kleiner 0,1 mm sinnvoll (Verluste). Also schlage ich den preiswerten Ferritkern vor. Abhängig von der Leistung und der Kopplung muss eine geeignete Kernform gesucht werden. Möglich wäre Stabkern (wie bei der Zündspule) oder auch UU oder UI-Kern. Wichtig ist der spannungfeste Aufbau der Wicklungen, d.h. ein Scheibenspulenkörper für Sekundär wäre schon recht angebracht. Diese Wicklung sollte entweder gut vergossen aber mindestens getränkt werden(kommt auf die Anwendung und gewünschte Lebenserwartung an). Vom Ringkern muss ich wegen konstruktiven Probleme bei der Spannungshöhe eher abraten. Tipp: In dem Spannungsbereich gibt es auch Zündspulen für Gasheizungen mit evtl. ähnlichem Eigenschaftspektrum. Gruß --Harry20 22:21, 19. Sep 2005 (CEST)

Exzellenz-Diskusion

• Dafür: Man sollte noch die 'siehe auch'-Liste entweder entfernen und die Begriffe soweit sinnvoll im Fliesstext erwähnen oder gut kommentieren. -- Dishayloo + 01:24, 15. Sep 2005 (CEST)
• Gut, aber es fehlt etwas zum historischen Hintergrund. -- Stahlkocher 14:52, 15. Sep 2005 (CEST)
• Prinzipiell sehr gut, jedoch fehlt mir im ersten Absatz (Physikalische Grundbedingungen, bzw davor) noch eine allgemeinverständlichere Erklärung der Funktion. Im Moment wird dort ein gewisses Grundwissen zur Elektrotechnik vorrausgesetzt. Ich denke jedoch, dass auch ein Schulkind zumindest grob verstehen sollte, was ein Trafo macht. (Wechselstrom eine Spannung - wechselndes Magnetfeld -Wechselstrom andere Spannung, Verhältnis der Spannungen abhängig vom Wicklungszahlverhältnis). Der Begriff Primär- und Sekundärseite sollte eingeführt und nicht vorrausgesetzt werden. Formulierungen wie Betrachten wir die energetische Seite: gehören nicht in einen Enzyklopädieartikel. Hadhuey 00:06, 16. Sep 2005 (CEST)

• contra Die Formulierungen sind oft sehr holprig und teilweise werden physikalische Sachverhalte falsch bzw. nicht exakt dargestellt. Eine Straffung des Artikels wäre ausserdem angebracht.--Henristosch 10:43, 16. Sep 2005 (CEST)
• contra Schon bei der Wirkungsweise wird die Maschenregel als Funktionsprinzip erwähnt, was mir völlig unverständlich (d.h. in meinen Augen falsch) ist. Dagegen wird das Faradaysche Induktionsgesetz - eigentlicher Kern der Sache - nirgendwo explizit erwähnt. Weil ich nicht weiß, was der Autor damit meinte, laß' ich erstmal meine Finger weg. Außerdem sollten in die Einführung zumindest die grundlegenden Formeln stehen, da sie in diesem Fall das Verständnis erleichtern können und darüberhinaus die Geschichte exakt darstellen. Außerdem scheinen viele Dinge mehrfach genannt zu sein. Vielleicht hilft eine geringfügige Umstrukturierung der Abschnitte enorm weiter. Es ist dafür von den Themen alles wichtige drin (vll kann man noch einen kurzen Geschichtsteil hinzufügen, mE aber nicht unbedingt erforderlich) und sehr gut bebildert. Sentry 11:45, 22. Sep 2005 (CEST)
• contra, wenn auch aus anderem Grund. Es ist eben nicht so, dass jedes Schulkind weiß, was ein Trafo ist. Genau das zeigt der Artikel, da er den Transformator nicht erklärt, sondern sich in Nebeneffekten erschöpft. Und was das mit der Maschenregel angeht: einfach mal nachfragen!RaiNa 11:06, 26. Sep 2005 (CEST)

Na dann, wieso ist die Maschenregel für die Funktionsweise des Transformators unabdingbar? --Sentry 19:51, 30. Sep 2005 (CEST)

• contra Der Abschnitt Grundprinzipien ist ziemlich unausgegoren. Dabei ist er eigentlich das Entscheidende, für jeden, der eben nicht weiß, was ein Trafo ist. Die Abschnitte zu Bauformen und Anwendungen finde ich schon recht gut, aber das alleine reicht nicht. --Pyrrhus ;-) 21:19, 26. Sep 2005 (CEST)
• Ich finde den Abschnitt mit der Maschenregel nicht gerade optimal und kann Sentry und Hadhuey nur zustimmen. Irgenwie muss eine Erklärung auch ohne soviel E-Technik und Vorraussetzungen gehen."in einem geschlossenen Stromkreis (einer Masche) ist die Summe der Spannungen gleich Null Maschenregel. Ist in einer Masche eine Spannungsquelle eingefügt, so muss eine Gegenspannung existieren, die bei ohmschen Widerstand Null nur dadurch erzeugt werden kann, dass der magnetische Fluss durch die Schleife sich so verändert -linear zunimmt-, dass die Gegenspannung in der Schleife induziert wird. Da der magnetische Fluss eine Funktion des in der Masche fließenden Stromes ist, muss daher der Strom entsprechend zunehmen. Spulen sind solche Leiterschleifen, bei denen der Induktionseffekt den ohmischen Widerstand dominiert"

Ich schlage vor, die einfachere Erklärung im Hauptartikel auf Basis des Induktionsgesetztes (und auf dem Niveau für größere Schulkinder) zu machen und die Sache mit der Maschenregel in einen Link für Fachleute zu setzten.--Harry20 00:06, 25. Okt 2005 (CEST)

Stimme dem zu; dieser Abschnitt setzt auf dieser Ebene einfach schon zuviel Fach- und Hintergrundwissen voraus. -- WHell 13:04, 25. Okt 2005 (CEST).

Lesenswert-Diskussion

Ein Transformator (kurz: Trafo) ist eine elektrische Maschine ohne bewegte Teile, die gewöhnlich aus einer oder mehreren Drahtspulen auf einem ggf. gemeinsamen Eisenkern besteht. Mit Hilfe von Transformatoren lassen sich elektrische Wechselspannungen herauf- oder herunter transformieren, das heißt erhöhen oder verringern, und damit den technischen Erfordernissen des Gebrauchs anpassen.

•  Pro Antifaschist 666 22:44, 28. Okt 2005 (CEST)
•  Kontra -- Faschist777 01:33, 29. Okt 2005 (CEST)
•  Pro - ein solider Fachartikel. An einigen Stellen könnte die Verständlichkeit für Laien ein wenig optimiert werden, die Geschichte fehlt noch, aber für Lesenswert reicht es. Kein Grund zum persönlich motivierten Contra-Spamming --Kapitän Nemo 10:50, 29. Okt 2005 (CEST)
• contra. --Elian Φ 19:53, 29. Okt 2005 (CEST)
•  Pro Schade, daß die zwei unbegründeten Kontras offensichtlich eher gegen Antifaschist 666 gerichtet sind als gegen den Artikel. --FritzG 02:13, 30. Okt 2005 (CEST)

Und was ist mit den unbegründeten Pro-Stimmen? Ein wirklich guter Artikel sollte es auch ohne die neutralisierte Stimme von Antifa schaffen. Mir ist der Artikel übrigens schlicht und einfach zu formellastig. --Elian Φ 07:50, 1. Nov 2005 (CET)

Die als Lesenswerte Artikel eingestuften Induktion (Mathematik), Newton-Verfahren und Theorie der endlichen Kugelpackungen bieten noch viel umfangreichere "Formel-Sammlungen". -- WHell 13:55, 1. Nov 2005 (CET)

•  Pro --Uwe G. ¿Θ? 17:03, 30. Okt 2005 (CET)
•  Pro --Bricktop 19:03, 30. Okt 2005 (CET)
•  Pro -- Stahlkocher 09:03, 31. Okt 2005 (CET)
•  Pro Habe noch interessante Weblinks ergänzt und ein wenig am Text korrigiert. Ansonsten schon recht ausführlich und inhaltsschwer. Wenn jetzt noch einiges zur Geschichte dazukommt, ist auch der Weg zum exzellenten Artikel eröffnet. --Wolfgang1018 00:42, 1. Nov 2005 (CET)
• pro - Mir gefällt der Artikel. Formeln (wie oben bemängelt) gehören zur Beschreibung eines elektrischen Bauelements dazu, wobei die in diesem Artikel dargestellten weder übertrieben noch sonderlich kompliziert sind. -- Achim Raschka 08:04, 1. Nov 2005 (CET)
•  Kontra -- Es sind einfach zu viele sachliche Fehler in dem Artikel. Der Wirkmechanismus ist falsch beschrieben, alles was mit Streufeld zu tun hat ist falsch. Den idealen Transformator als Spezialfall des realen Trafos einzuführen ist didaktisch das ungeschickteste, was man machen kann. Und im Detail gibt es viele falsche Fakten. RaiNa 00:41, 2. Nov 2005 (CET)

Anmerkung (nach der "Lesenswert-Diskussion"): ich sehe didaktisch keinen Fehler darin, sich zur Erklärung eines komplexen Objekts zunächst auf den "Idealfall" zu beschränken. Automatisch ist der "Idealfall" auch immer ein "Spezialfall" des "realen Trafos", unabhängig davon, ob dieser Zusammenhang ausdrücklich hergestellt wird oder nicht. Insofern scheint mir, geht diese Kritik ins Leere. Und was sonst im Detail "richtig" oder "falsch" ist, kann oft eine Sache der "Sprachregelung" sein, einem Physiker wird sich bei dem einfachen Satz "Die Sonne scheint" wohl immer der Magen umdrehen ob der grausen Verkürzung - aber der Rest der Welt versteht, was gemeint ist. Gruß -- WHell 09:42, 2. Nov 2005 (CET)

Warum etwas falsch lassen, wenn man es einfach richtig machen kann. Ein Transformator ist in erster Linie eben nicht ein Haufen Draht und Blech, sondern eine elektrische Maschine, wie schön eingeleitet wurde. Somit sind also "reale" Transformatoren Spezialfälle des "idealen" Transformators. Wenn man unbedingt "Spezialfall" schreiben muss. Einfach weglassen heilt das Problem. Was aber etwa das Streufeld angeht: es ist eben nicht ursächlich für Verluste. Das Streufeld ist ja im Vakuum, und dort gibt es keine Verluste, wenn man mal vom Abstrahlen elektromagnetischer Wellen absieht. Verluste machen Eisen und Kupfer. Wenn man klarmacht, dass das Streufeld einfach der Teil des Magnetfeldes ist, der nicht vom Eisen geführt wird, kann man dann vielleicht auch verstehen, dass der Sekundärstrom überhaupt kein Streufeld erzeugen kann, anders als es im Text steht. Das Magnetfeld im Trafo ist unabhängig von der übertragenen Leistung. Und diese Missverständnisse kann man halt ausräumen, wenn man einfach erklärt, warum ein Trafo funktioniert. Wenn die Maschenregel zu kompliziert ist, wie will man dann den Trafo verstehen! RaiNa 10:15, 2. Nov 2005 (CET)

ruhende elektrische Maschine

Da die Lesenswert-Diskussion nun schon seit einem knappen Monat vorbei ist, sage ich hier mal was dazu.

Die Bezeichnung elektrische Maschine ohne bewegte Teile ist zwar richtig, aber fachlich nicht korrekt. Es wird deutlich unterschieden zwischen ruhenden elektrischen Maschinen und rotierenden elektrischen Maschinen. Der Transformator zählt zu den ruhenden elektrischen Maschinen, also sollte man dies auch genau so in der Definition schreiben.

Vorschlag: Ein Transformator (kurz: Trafo) ist eine ruhende elektrische Maschine, die...'

Formulierung geändert, aber mit Hinweis auf "fachliche" Bezeichnung, da einige Leute Schwierigkeiten haben, die Aussage "ist eine ruhende elektrische Maschine" einfach so hinzunehmen. -- WHell 10:23, 25. Nov 2005 (CET)

Gleichrichter

zwischen

Version vom 13:37, 20. Nov 2005
Version vom 10:18, 21. Nov 2005

ist ja der Gleichrichter komplett rausgeflogen. Der stört ja auch ein wenig im Redefluss. Ich hatte den Text zuerst in den völlig falschen Hals bekommen und meine Reparatur war offensichtlich nicht erfolgreich. Soll die Synergie von Transformatoren und Gleichrichtern bei Drehstrom irgendwo erwähnt werden? Gibt es die überhaupt? Oder ist das sowieso logisch (die Fourierreihe ist ja schließlich das Leib und Magengericht eines E-Technikers)? --Arnero 23:21, 26. Nov 2005 (CET)

Dieser Text ging um einiges über die bloße Angabe der Anwendung hinaus und erging sich in sekundären Details und "How To"-Erklärungen "....bei gleicher Leistung thermisch stärker belastet, was bei der Auslegung berücksichtigt werden muss... " "... Bei vielen Anwendungen ist dies eine willkommene, für ihren Einsatz sprechende Eigenschaft" und ansonsten nicht sehr verständlich für Laien. Wenns prägnanter udn überschaubarer geschrieben wird, wärs ok. -- WHell 09:19, 27. Nov 2005 (CET)

Ich glaube inzwischen es ging auch um Wechselrichter. Nur warum gab es keinen Link? Keine Begriffe in die Richtung? --Arnero 20:57, 6. Dez 2005 (CET)

Hallo, mal grundsätzlich:

für Transformatoren gibt es vermutlich einige Hundert verschiedene spezielle Anwendungs-Zusammenhänge, bei verfeinerter Unterscheidung wohl auch etliche Zehntausend. Der oben erwähnte Wechselrichter ist auch so einer - wobei wohlgemerkt das Wechselrichter-Prinzip erstmal nicht des Transformators bedarf, sondern dieser erst sekundär dazu dient, die fertig wechselgerichtete Spannung ins Netz hochzuhieven. Im Artikel Wechselrichter taucht demgemäss auch folgerichtig der "Transformator" gar nicht auf. Es würde zu weit führen, jedes Objekt wo irgendwo ein Transformator mit dabei ist, oder hintendranhängt hier aufzuführen. In Einzelartikeln zu diesen Objekten kann ja auf den Transformator híngewiesen werden, wenn da eine ausgeprägtere Wechselwirkung besteht. -- WHell 10:34, 7. Dez 2005 (CET)

Windungszahl

Hallo Harry20, du hast den Satz Für Ringkern-Materialien geht man von einer Sättigung bei ca. 0,6 T aus herausgenommen. M.E. ist die Info wichtig, um die Formel (1) mit Leben zu füllen. Du kennst dich mit Transformatoren aus? Vielleicht kannst du Beispiele zu Gleichung (1) ergänzen. Wie im Kommentar geschrieben rührt der Faktor 50 vom Tastverhältnis der Wechselspannung (0,5) her; die Herkunft von 45=2* pi * ?? ist mir nicht klar.
Das Spannungsverhältnis von Trafos kennt jeder. Aber darüber, wieviel Windungen ein Trafo haben soll, sind sich viele im Unklaren. --Anton 13:16, 31. Dez 2005 (CET)

Hallo Anton, Die Sättigung bei Kernen hängt vom Kernmaterial ab. Während bei Ferriten typ. Werte für Bdach bei 0,3-0,5 T liegen sind bei metallischen Legierungen Werte von 0,6 bis ca. 2 Tesla möglich. siehe Magnetwerkstoffe. Die Herleitung der Formel ist schon lange her, aber was ich noch weiß ist, das der Formfaktor für Sinusspannungen von 1,11 (oder pi/2xwurzel2) und die umgerechnete Kernquerschnittsfläche von mxm in cmxcm eine Rolle spielen. Viel Spass beim tüfteln. Bei Bedarf nenne ich die gerne Literatur, um da genauer einsteigen zu können. Gruß --Harry20 21:48, 12. Jan 2006 (CET)

Dann war meine Daumenzahl von 0,6T gar nicht so verkehrt. Ohne diesen Wert kann man mit der Formel wenig anfangen. Schreibst du sie wieder hinein? Gruß, Anton 23:37, 13. Jan 2006 (CET)

Netztrafo und Klingeltrafo

Der Artikel sagt iwie nix über Netztrafo und Klingeltrafo und den Unterschied. Es wird nur der Netztrafo behandelt, wenn ich das richtig sehe. Oder irre ich mich. Ich finde man sollte 2 Artikel machen "Transformator (Netztrafo)" und "Transformator (Klingeltrafo)". Alles in ein Artikel würde zu unübersichtlich werden. --84.133.248.221 12:36, 22. Jan 2006 (CET)

Kapitel 4.5 Überlastbetrieb unverständlich

Das Kapitel 4.5 "Überlastbetrieb" ist ziemlich unverständlich. Was soll L11 und L12 sein und welcher "Schulversuch"? Und was soll der Punkt oberhalb des Widerstandes im Ohmschen Gesetz bedeuten? Hoffentlich nicht die zeitliche Ableitung! Zumindest dieses Kapitel ist überhaupt nicht lesenswert. Viele Grüße --Kai11 23:45, 3. Feb 2006 (CET)

Realer Trafo

• Stromzählpfeile im Diagramm von Abschnitt Realer Transformator sind entgegengesetzt zur Richtung im Diagramm des Abschnitts Physikalische Grundbedingungen. Das Diagramm im Abschnitt Physikalische Grundbedingungen is richtig, da es in der Elektrotechnik üblich ist, alle Stromzählpfeile in ein Zweitor (Vierpol) hineinzeigen zu lassen. Grund: formale mathematische Anforderungen (Standardisierung).

Also Stromzählpfeile im Diagramm von Abschnitt Realer Transformator bitte korrigieren! Danke

Lastbetrieb

Die Aussage über den Lastbetrieb ist nicht 100%tig richtig. Es ist zwar richtig, dass die Spannung bei Belastung einbricht. Dies macht die Spannung an der Sekundärwicklung nur bei ohmscher und induktiver Last. Bei kapazitiver Last tritt der FERRANTI-Effekt auf, so dass sich die Spannung an der Sekundärspule erhöht im Bezug zur Spannung der Primärwicklung.(Diese Erhöhung ist unerwünscht!!) Daher auch Beschaltung des Sekundärkreises betrachten.Die Erklärung wäre über das KAPP'sche Dreieck und Zeigerdiagramm möglich.

Pulstrafo

Tja, wo sind die? Sind die unter einem anderen Namen drin oder noch gar nicht? Die Teile findet man oft in Elektroschockern, hier ein Beispiel: http://home.arcor.de/rcr_sanchezz/bilder/elektroschocker/innen2.jpg Oben das weiß verarztete Teil im Deckel isser. -andy 80.129.104.76 05:01, 4. Sep 2006 (CEST)

Das gehört in Getaktete Netzteile / Schaltnetzteil genauso wie die Zündspule. Arnero 09:30, 12. Sep 2006 (CEST)

Skineffekt

Wieso taucht der 4 mal in der Englischen Variante auf und 0 mal hier? Haut habe ich auch nicht gefunden. Arnero 09:30, 12. Sep 2006 (CEST)

Skineffekt ist ein eigener Artikel - wenngleich Erwähnung im Zusammenhang mit Trafos für höhere Frequenzen sinnvoll ist.--wdwd 10:31, 12. Sep 2006 (CEST)

Der beschriebene Einbau von dünnen Blechen hat natürlich was mit dem Skin Effekt zu tun. Da dieser Abschnitt über Wirbelströme und Verlust ohnehin überarbeitet werden sollte, werde ich in nächster Zeit eine Überarbeitung vornehmen, wo auch dieses Stichwort vorkommt.

Bitte Vorsicht dabei: Du meinst hier das Auftreten von Wirbelströmen im Ferrit. Der Skineffekt selbst tritt in den Kupferleitungen auf und bewirkt, dass der Strom nur in den äußeren µm des Leiters fließt. Der Skineffekt läßt sich zwar ähnlich erklären wie das Auftreten von Wirbelströmen im Ferritkern, er ist jedoch letztlich etwas vollkommen Anderes. --Michael Lenz 01:05, 5. Mär. 2007 (CET)

Trafoverluste

Die verschiedenen Verluste innerhalb eine Trafos werden nicht übersichtlich dargestellt. Kann jemand mal die Trafoverluste, und insbesondere die Ausdifferenzierung in Kupferverluste und Eisenverluste darstellen --89.50.243.27 18:46, 5. Nov. 2006 (CET)

Noch einmal zurück zu den Grundlagen

Ich misch mich ungern ein, schon gleich gar nicht mit Kritik und so soll es auch nicht verstanden sein. Aber ich hätte da noch einen anderen Ansatz anzubieten, der u. U. etwas zur Klärung der Trafofunktion beitragen kann.

Zum Verständnis des Trafos haben mir folgende Überlegungen immer sehr geholfen:

Wenn man an eine Spule eine Spannung legt (und das ist bei einem Trafo üblicher Weise der Fall), d. h. der Spule eine Spannung einprägt, dann gilt das Induktionsgesetz in folgender Form:

U=w* dΦ/dt, wobei Φ der magnetische Fluß im Kern der Spule ist, w die Zahl der Windungen. Man kann auch umformen indem man beide Seiten durch w teilt, dann ergibt sich: U/w=dΦ/dt. U/w ist nichts anders als die sog Windungsspannung, d. h. die Spannung, die an einer Windung liegt. Nimmt man an, daß die anliegende Spannung eine Wechselspannung mit sinusförmigem Verlauf ist, so ergibt sich für den Fluß durch Integration ein ebenfalls sinusförmiger Verlauf, und zwar der Spannung um 90° nacheilend. Dazu folgende Ableitung: U=umax*sinωt; Φ=umax/w*Int[sinωt] von 0 bisT ergibt Φ= – umax/w*1/ω*cosωt; (sorry, ich habe kein Integralzeichen auf dem PC) Mit umax=Scheitelwert der Spannung; ω=2πf = Kreisfrequenz; Die Funktion – cos entspricht einer Sinusfunktion, die der Sinusfunktion der Spannung um 90° nacheilt, wie oben behauptet. Der Scheitelwert des Magnetflusses ergibt sich daraus: Φmax=umax/w*1/ω; Da Spannungen üblicher Weise als Effektivwert angegeben werden und dieser umax/Wurzel2 ist, ergibt sich für Φmax=ueff/(w*4,44f) mit ω=2πf. Dies ist eine Formel, wie sie vielfach in Trafoberechnungsunterlagen zu finden ist.

Für alle, denen die mathematische Schreibweise nicht vertraut ist, heißt das: Die Spannung verursacht eine Änderung des Magnetflusses, die Geschwindigkeit der Änderung ist exakt proportional der Spannung und zwar in jedem Augenblick. Die Flußänderung selbst ergibt sich durch eine Integration der Spannung über der „Einwirkzeit“, was anschaulich nichts anderes ist als eine Flächenbildung unter der Spannungskurve. Deswegen definiert sich die Flußänderung auch als Spannungszeitfläche und deswegen hat der Fluß auch die Dimension [V*sek]. Das Induktionsgesetz gilt in beide Richtungen: Eine Spannung bewirkt eine Flußänderung, diese selbst bewirkt wieder eine Spannung. Steckt man also eine 2. Spule, ggf. mit einer anderen Windungszahl über die erste, so findet sich an dieser die gleiche Windungsspannung wieder. U1/w1=dΦ/dt=U2/w2. Daraus folgt: Offensichtlich haben alle Spulen, die auf einem gemeinsamen Kern stecken, die gleiche Windungsspannung, unterschiedliche Spannungen ergeben sich dann aus unterschiedlichen Windungszahlen, die Spannungen verhalten sich zueinander wie die Windungzahlen. Schon sind die wesentlichen Merkmale eines unbelasteten Trafos definiert, ohne daß bisher etwas von einem Strom erwähnt werden mußte. Der Trafo übersetzt Spannungen im Verhältnis der Windungszahlen. Die Windungsspannungen sind in allen Spulen (wenn durch sie der gleiche Fluß geht) gleich, und zwar in jedem Augenblick. Daraus folgt auch, daß es zwischen den Spannungen keine Phasenverschiebung geben kann, jedenfalls nicht, solange kein Laststrom fließt. Dies ist auch deswegen plausibel, weil man bekanntlich Spulen mit gleichen Windungszahlen problemlos parallel schalten kann (zu verbinden natürlich bei gleichem Wickelsinn Anfang mit Anfang und Ende mit Ende), ohne daß Ausgleichsströme fließen können. Das ginge nicht, wenn nicht die Augenblickswerte der Spannungen zu jedem Zeitpunkt gleich wären. Jetzt, da wir immer noch beim unbelasteten Trafo sind, bin ich noch eine Erklärung bezüglich des Stromes schuldig. Jeder wird sagen: auch beim unbelasteten Trafo fließt auf der Primärseite ein Strom, man kann ihn messen, und ohne ihn wird auch nichts gehen. Das ist richtig, nur der Strom ist nicht ursächlich, sondern er leitet sich ab aus dem Umstand, daß durch das Anlegen einer Spannung ein Magnetfluß erzwungen wurde, der durch den Kern muß. Dazu ist dort eine Magnatiesierung erforderlich, die einen im Wesentlichen auch von den magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials abhängigen Magnetisierungsstrom notwendig macht. Der Strom ist hier also keine verursachende sondern eine abgeleitete Größe. Der Weg zu diesem Strom sieht etwa wie folgt aus.: Im Kern wird ein Fluß Φ [Vsek, oder auch Weber] erzwungen durch das Einwirken einer Spannung über eine best. Zeit, z. B über eine Halbwelle. Aus diesem Fluß und dem verfügbaren Kernquerschnitt A ergibt sich eine Flußdichte B=Φ/A [Vsek/m² oder Tesla]. Aus B ergibt sich über die Permeabilität μ des Kernmaterials eine erforderliche magnetische Feldstärke H=B/μ, die Dimension dieser Feldstärke ist Ampere/Meter. Multipliziert man diese Feldstärke mit dem Weg, den der Fluß durch den Kern gehen muß (die „Eisenlänge“ le), dann führt das zur Magnetisierungsdurchflutung Θm=H*le mit der Dimension [Ampere] was aber nichts anderes ist, als der Magnetisierungsstrom bezogen auf eine Windung. Der Strom selbst ergibt sich aus Im=Θm/w (w=Windungszahl). Wichtig ist die Erkenntnis, daß der Magnetisierungsstrom eine Folgeerscheinung ist, die notwendig wird, weil wir einen Magnetfluß, den wir durch die angelegte Spannung erzeugen, durch einen (Eisen-)Kern treiben müssen, wozu wir in diesem Kern ein magnetisches Feld benötigen. Die Höhe des Stromes ergibt sich aus dem Fluß und den Daten des magnetischen Kreises und diesen Faktoren hat dieser Strom zu genügen. Dieser Strom „induziert“ auch keine Spannung, wie man oft liest, eine Spannung wird nur durch eine Flußänderung induziert. Plausibel wird dieser Kausalzusammenhang auch durch das beobachtbare Phänomen, daß bei einer Änderung der magnetischen Eigenschaften des Kernes (z. B. Einfügen eines Luftspaltes oder Änderung des Kernmaterials sich bei gleicher anliegenden Spannung nicht der Fluß ändert, sondern der Magnetisierungsstrom. Ändert man dagegen die Spannung, ändert sich der Fluß und als Folge auch der Magnetisierungsstrom. Wichtig ist noch einmal zu betonen. Das gilt alles für die Annahme einer eingeprägten Spannung an einer Spule.

Einschiebung zum Verständnis: Es gibt natürlich auch den Fall, daß durch eine Spule ein Strom I eingeprägt wird (z. B. eine Spannungsquelle treibt über einen Vorwiderstand einen Strom durch eine Spule, derart, daß der Strom vom Vorwiderstand bestimmt ist). Dann erzeugen wir in der Spule eine Durchflutung Θ=I*w und magnetisieren deren Kern mit einer magn. Feldstärke H= Θ/le, über das μ erhalten wir eine Flußdichte B und über den Kernquerschnitt einen Fluß Φ. Ändern wir den Strom oder aber auch die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Kreises, dann ändert sich der Fluß und dies induziert eine Spannung in der Spule (daher oft die nicht ganz exakte Vorstellung, die Stromänderung induziert eine Spannung). Der Gedankengang und auch der Rechenweg läuft quasi invers zum vorigen. Welcher der „richtige“ bzw. sinnvolle ist, entscheidet nur die Frage: Welche der elektrischen Größen ist die „eingeprägte“.

Weiter zum Trafo: Bis jetzt war der Trafo immer unbelastet. Was geht nun vor sich, wenn man sekundärseitig Strom entnimmt? Ich muß mangels eigener Skizze auf das T-Ersatzschaltbild im Orginaltext Bezug nehmen. Betrachtet man dort den Knotenpunkt, an dem die Primärseite, die Hauptfeldinduktivität Xh und die Sekundärseite zusammenhängen, so erkennt man, daß jeder Laststrom, der dem Trafo sekundärseitig entnommen wird unmittelbar und in exakt (gilt hier für Trafo mit ü=1:1) gleicher Höhe von der Primärseite zugeführt werden muß, da sonst der Magnetisierungsstrom, der am Knoten nach Xh abzweigt, sich ändern würde. Dieses ist aber nicht möglich, weil der Magnetisierungsstrom durch Xh, wie wir oben gesehen haben, nur den Magnetisierungsbedingungen zu genügen hat. In der Tat ist es auch so, daß, und so gilt es jetzt für jedes Übersetzungsverhältnis, die Durchflutung der Primärseite (I1*w1) und die der Sek.- Seite (I2*w2) immer entgegengesetzt gleich groß sind und, was ihre Wirkung auf den Kern betrifft, sich gegenseitig aufheben. (Das Gesetz I1*w1+I2*w2=0 ist deswegen nicht nur richtig, es geradezu fundamental für einen Trafo). Der Kern sieht diese Durchflutungen überhaupt nicht, sie sind für den Kern soviel wie nicht vorhanden und können deswegen auch nicht irgend wie magnetisierend auf den Kern einwirken. Verblüffende Erkenntnis: Der Kern weiß nichts vom Laststrom, dieser geht im wahrsten Sinn des Wortes am Kern vorbei. Dabei wurde vernachlässigt, daß der Spannungsabfall am Widerstand der Primärwicklung dafür sorgt, daß bei Belastung am Kern etwas weniger Spannung ankommt. Im Kern eines realen Trafos sinkt bei Belastung der Fluß und damit auch der Magnetisierungsstrom deswegen etwas ab. Des weiteren sei – um Mißverständnissen vorzubeugen – erwähnt, daß der gesamte Primärstrom sich immer aus den 2 Teilen, nämlich Magnetisierungsstrom und Laststrom zusammensetzt. Ersterer zweigt am Knoten nach Xh ab, letzterer geht geradeaus durch auf die Sekundärseite. Die beiden haben aber so gut wie nichts miteinander zu tun.

Abschließend noch eine kurze und mehr prinzipielle Betrachtung zum Streufluß. Wie schon erwähnt heben sich beim belasteten Trafo die Durchflutungen („die Amperewindungen“) der Primär- u. der Sekundärspule zu jedem Augenblick auf. Dies gilt jedoch nur bezogen auf alle Bereiche, die beide Spulenquerschnitte einschließen, also z. B. für den Kern. Betrachtet man jedoch einen Bereich, der z. B. zwischen den Spulen liegt, also den Kanal, den die Zwischenisolation beansprucht, so stellt man fest, daß dort die volle Laststromdurchflutung Θl einer Spule wirksam ist. Die Primärdurchflutung ist dort voll ausgeprägt, die Sekundärdurchflutung (die die erstere aufheben soll) hat noch nicht begonnen. In diesem Kanal, der den Querschnitt Q eines Ringes hat (Wicklungsumfang * Stärke der Zwischenisolation) und die Länge ls der Spulen bewirkt die Laststromdurchflutung eine Magnetisierung und zwar nach der Art des eingeprägten Stromes bzw. der Durchflutung. Diese erzeugt dort eine Feldstärke Hs=Θl/ls. Über die Permeabilität der Luft bzw. des Isoliermaterials von μo ergibt dort eine Induktion B, welche multipliziert mit dem Querschnitt des Kanals Q einen Fluß liefert. Dieser durchsetzt eine der Spulen voll und die andere gar nicht, d. h. er ist nicht mit allen Windungen voll verkettet und das ist der Streufluß. Auch die Querschnitte innerhalb der Wicklungen tragen zum Streufluß bei, auch wenn sie von einer nur anteiligen Durchflutung erzeugt werden. Die Berechnung wird dort etwas komplizierter, deswegen sei dies nur qualitativ erwähnt. Wichtig ist: 1. Der Steufluß ist ein reiner Luftfluß. 2. Er ist hängt linear vom Laststrom ab und von den geometrischen Daten der Spulen und der Zwischenisolation. 3. Auch wenn der Streufluß außerhalb der Spulen teilweise durch Kernbereiche (Joch) etc. geht bzw. von diesen hochpermeablen Teilen gefangen wird, so ändert dies wenig an seiner Größe. Dies hat damit zu tun, daß der Rückschluß des Flusses außerhalb einer Luftspule nur relativ geringen Einfluß auf den Magnetisierungsbedarf hat, weil dort die Querschnitte für den Fluß sehr groß werden, was zu kleinen Induktionen (Flußdichten) und damit zu kleinen Feldstärkeanteilen führt. 4. Der Streufluß hat einen induktiven Spannungsabfall zur Folge. Der Fluß „frisst“ sozusagen Spannungszeitfläche auf, die von der Speisespannung abgeht, er wirkt wie eine vorgeschaltete Drosselspule. 5. Der Streufluß ist unabhängig vom Hauptfluß im Kern und hat mit diesem zunächst nichts zu tun. Allerdings: Die Wirkung des Streuflusses auf die Gesamtfunktion des Trafos hat insofern auch mit dem Hauptfluß zu tun, als es hier auf die Relation der beiden Flüsse ankommt. Hinter der sog. „Kurzschlußspannung“ des Trafos, angegeben als prozentualer Anteil von der Nennspannung verbirgt sich im Wesentlichen diese Relation. 6. Die Streuung kann nur beeinflußt werden durch die geometrischen Daten der Wicklung. Lange und schlanke Spulen führen zu kleiner Streuung, ebenso große räumliche Nähe von Primär- u. Sekundärwicklung (geschachtelte Wicklungen, bei denen sich primäre mit sekudären Lagen abwechseln). Der Ringkerntrafo ist streuungsarm, weil die Spulen wickeltechnisch bedingt meist lang und dünn sein müssen. Aber auch dieser Trafo hat Streufluß. Manchmal wird er allerdings auch deswegen als „streuarm“ bezeichnet, weil sein Streufluß als geschlossener Ringfluß innerhalb der Wicklung rund um den Kern geht und deswegen der Streufluß nicht durch die Gegend vagabundiert. 7. Anordnungen, bei denen die Spulen nicht nahe übereinander liegen, z. B. Primär- u. Sekundärspule auf 2 verschiedenen Schenkeln eines Kernes, oder Ringkernbewicklung in unterschiedlichen Segmenten streuen so stark, daß eine Trafofunktion unter Last nicht mehr gewährleistet ist. 8. Der vom Streufluß verursachte Streuspannungsabfall bewirkt bei einem Trafo unter Last eine geringe Phasenverschiebung zwischen Primär- u. Sekundärspannung.

Mit diesen grundsätzlichen Erkentnissen lassen sich praktisch alle Effekte und Erscheinungen, die ein Trafo bieten kann --und da gibt es noch einige -- verstehen und erklären, für diesmal soll es aber damit genug sein. --Elmil 17:19, 4. Dez. 2006 (CET)

Systematik dringend verbesserungswürdidg

Der Beitrag zum Transformator erscheint mir ziemlich unsystematisch und daher schwer zu lesen. Meines Erachtens muß noch viel Arbeit reingesteckt werden, bis er wirklich gut wird. Ich möchte hier andeuten, was meines Erachtens zu tun ist und werde mich in nächster Zeit darum kümmern, soweit es die Zeit zuläßt und soweit die aus meiner Sicht wichtigen Änderungen nicht sofort wieder zurückgedreht werden.

- An den Anfang gehört eine kurze Erläuterung, um was es ganz grundlegend geht, evtl. ein geschichtlicher Abriß.

- Anschließend sollte der ideale Transformator diskutiert werden. Ein idealer Transformator transformiert nach dem Schema "Spannung hoch, Strom runter" (I1*U1=I2*U2) und wird motiviert durch den Energieerhaltungssatz. Außerdem trennt der ideale Transformator Primär- und Sekundärseite galvanisch. Mit diesem Modell kann man alle grundlegenden Dinge herleiten, die man mit dem Transformator erledigen kann: Spannungen transformieren, Ströme transformieren (als Konsequenz daraus: Widerstände transformieren) und galvanisch trennen.

- Der reale Transformator sollte unmittelbar nach dieser Einleitung behandelt werden. Zunächst sollte man Streuinduktivitäten und Leitungswiderstände weglassen und den Transformator als gekoppelte Spulen darstellen. Dabei sollten irgendwo die Begriffe "Selbstinduktivität" von Primär- und Sekundärspule und Gegeninduktivität inkl. Formel auftauchen. Die Formel über den Zusammenhang von Selbstinduktivitäten, Gegeninduktivität und Wicklungsverhältnis gehört hierher.

- Das schon jetzt im Text gezeigte Ersatzschaltbild sollte auf der Grundlage der gekoppelten Spulen weiterentwickelt werden. Man fängt mit dem idealen Transformator an und ergänzt die notwendigen Modellierungen für Haupt- und Streuinduktivitäten, die ohmschen Widerstände und die Eisenverluste. Hierbei sind Primär- und Sekundärseite zunächst noch durch einen idealen Transformator getrennt. Transformiert man jedoch alle sekundärseitigen Impedanzen mithilfe der Transformationsgleichungen des idealen Transformators auf die Primärseite, so erhält man schon im Text gezeigte Ersatzschaltbild. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß man in der Praxis häufig das im Artikel gezeigte Ersatzschaltbild verwendet, da dort die wichtigsten Verluste modelliert werden. (Evtl. sollte sogar ein Ersatzschaltbild gezeigt werden, das den Mittenabgriff berücksichtigt, aber das ist eher Kür als Pflicht.)

- Anschließend sollten weitere Randbedingungen, die im Betrieb zu beachten sind, genannt werden: Spannungsfestigkeit (Isolationswiderstände), Wärmeentwicklung (zu erläutern am Ersatzschaltbild und zu untergliedern in Eisenverluste und Kupferverluste, und die Eisenverluste weiter in Wirbelstromverluste und Hystereseverluste), Sättigung des Kerns (mit Hinweis, daß sie als nichtlineare Eigenschaft im Ersatzschaltbild nicht berücksichtigt wird), Hysterese (als nichtlineare Eigenschaft, die nicht im Ersatzschaltbild berücksichtigt wird, und mit dem Hinweis, daß die Hysterese nur bei Trafos mit Kern vorkommt), Stromverdrängung und Skineffekt mit Verweis auf spezielle Kabelanordnungen zu deren Unterdrückung (Stichwort: Leitergeflechte, HF-Litze)

- Der Lastbetrieb kann diskutiert werden, allerdings sollten die zuvor eingeführten Begriffe verwendet werden, beispielsweise aber nicht "Innenwiderstände", die nicht weiter erläutert werden. Nenngrößen sollten genau definiert werden.

- Es sollte der grundlegende Unterschied zwischen Trenntransformatoren und Spartransformatoren herausgearbeitet werden sowie zwischen Energietransport und Informationstransport. Anschließend können anwendungsbezogen alle möglichen Bauformen und Anwendungen erläutert werden (Kapitel 3 und 5 systematisch zusammengeführt).

- Literatur- und Weblinks sollten natürlich bleiben. --Michael Lenz 03:15, 13. Feb. 2007 (CET)

Hallo Ihr Trafofreunde,

da hat sich jetzt jemand große Mühe gemacht und nochmal von vorne angefangen. Das ist lobenswert. Aber das Ergebnis kann noch nicht ganz zufriedenstellen. Ich vermisse immer noch die harten physikalischen Grundlagen, von denen alles andere abgeleitet werden kann. Die sollten eigentlich vor den div. Modellen stehen, denn vom Verständnis her leiten diese sich von den Grundlagen ab und nicht umgekehrt. Grundlage ist nun mal das Induktionsgesetz. Da kommt kein Strom vor. Sondern: Wechselspannung erzeugt einen magnetischen Wechselfluß und diese wieder induziert eine Wechselspannung. Fertig ist der unbelastete Trafo. Details bitte in meinem Beitrag zu den Grundlagen nachlesen. Laß doch zunächst, solange kein Laststrom fließt, den Strom einfach weg. Der Strom induziert keine Spannung, nur eine Flußänderung induziert eine solche. Der Magnetisierungsstrom ist nur eine durch die magnetischen Eigenschaften des Spulenkernes bedingte Notwendigkeit aber nicht ursächlich für den Induktionsvorgang. Dazu 2 Gedankenexperimente: 1. Hätte der Kern eine unendliche Permeabilität, gäbe es keinen Magnetisierungsstrom, der Trafo würde aber trotzdem als solcher funktionieren. 2. Ändere ich etwas am magnetischen Kreis z. B. Luftspalt, ändert sich zwar der Magnetisierungsstrom, aber nichts ändert sich an der Sekundärspannung. Ich bin da relativ hartnäckig, weil es nicht nur physikalisch falsch ist, es ist auch didaktisch falsch, weil es immer wieder zu falschen Schlüssen führt, wenn man das Übertragungsverhalten vom Magnetisierungsstrom ableitet. Also: Spannung wird über den gemeinsamen Fluß der Spulen als Spannung übertragen und zwar völlig linear und auch bez. Kurvenform identisch. Einzige Einschränkungen: Die Frequenz der Primärspannung und die max. Induktion (Flußdichte) darf für das Kernmaterial nicht zu hoch werden und der Spannunsabfall eines ggf. nicht linearen Magnetisierungsstroms (z. B. Sättigungspitzen) darf bezogen auf die Primäspannung keinen auffälligen Anteil einnehmen. Dies "verbiegt" dann die Sekundärspannung, genaugenommen aber auch nur deshalb, weil diese so verbogene Spannung auch am "Kern" (an Xh) schon so anliegt. Bei Netztrafos mit ganz kleiner Leistung ( 1VA oder so) kann man das wegen des hohen Widerstandes der Primärwicklung beobachten. Deswegen linearisiert ein Luftspalt das Übertragungsverhalten nicht, er linearisiert allenfalls den Magnetisierungsstrom und damit eben diesen gerade beschriebenen Effekt. Auch der Lufttrafo würde funktioniern, genau wie der mit Holzkern, nur der Magnetisierungsstrom wäre vermutlich nicht mehr zu bewältigen. Sein Vorteil besteht nebenbei gesagt nur darin, daß man sich nicht mit den ev. für den Kern zu hohen Frequenzen herumschlagen muß. Die Spannung überträgt auch ein Trafo mit Kern aus ferromagn. Material exakt und linear, solange die Freqenz nicht so groß ist, daß der Flußaufbau durch Wirbelströme behindert wird. Nun noch zum belasteten Trafo. Erklärungen von der Art, daß der Sekundärstrom im Kern ein Gegenfeld bewirkt, das dann den Hauptfluß schwächt.. .. usw. , kann ich nicht empfehlen. Das läuft zwar vom Ergebnis her in die richtige Richtung, läßt aber die Zwangsläufigkeit vermissen, warum dann Primär- u. Sekundärdurchflutungen schlußendlich immer gegengleich sind und sich zu Summe 0 aufheben. Wesentlich logischer ist, wenn man sich im Ersatzschaltbild den Knotenpunkt betrachtet, an dem Primär-, Sekundär- und Magnetisierungskreis sich treffen. Zusammen mit der Erkenntnis, daß der Magnetisierungsstrom bei vorgegebenem magnetischem Kreis nur vom Fluß und damit (siehe Induktionsgesetz) nur von der Spannung beeinflußt wird, folgt zwangsläufig, daß primärer Laststrom I1 und der auf die Primärseite umgerechnete sekundäre Strom I2´ sich in jedem Moment aufheben müssen, weil sonst die Knotenpunktregel nicht stimmt. Ströme, die um einen gemeinsamen Kern gehen, sich jedoch gegenseitig aufheben, können auf den Kern keine Wirkung haben und sie dürfen auf den Kern auch nicht magnetisieren, denn dafür ist allein die Spannung an der Primärspule zuständig. Deshalb die etwas provokante Feststellung: Der Kern weiß nichts vom Laststrom, dieser fließt am Kern vorbei. Daraus folgt : Der Trafo besteht aus 2 "Baustellen": Der Magnetisierungspfad (Xh) dient rein der Spannungsübertragung, die Vorgänge dort sind nur spannungsabhängig und haben nichts mit dem Laststrom zu tun. Die Stromübertragung findet über 2 gekoppelte, d. h. um einen gemeinsamen Kern gewickelte Spulen statt. Die Vorgänge dort (z. B. Streufluß) sind rein stromabhängig, spielen sich zwischen den Spulen ab und haben nichts mit den Vorgängen im Kern zu tun. So darf man beim Streufluß auch nicht sagen: "Durch den Laststrom wird Fluß aus dem Kern herausgedrückt". So was gibt es nicht.

Aus diesem Prinzip folgt u. a.: Auch wenn die Permeabilität des Kernes gegen unendlich geht, wird es Streufluß zwischen den Spulen geben, denn dieser ist allein vom Laststrom und von der Spulenanordnung bestimmt. Streufluß ist beim üblichen Trafo ein reiner Luftfluß.

Was sonst noch aufgefallen ist:

Luftspalte (im Kern?) vergrößern nicht den Streufluß (mindestens nicht den zwischen den Spulen, nur diesen bezeichnet man als Streufluß). Vielleicht war aber auch nur die Austreuung am Luftspalt gemeint, dann wäre die Aussage über Zusatzverluste im Kessel richtig.

Die Aussage über das lineare Magnetisierungsverhalten des Eisens und den daraus folgenden sinusförmigen Magnetisierunsstrom ist nur bedingt richtig. Es stimmt nur, wenn genügend Luftspalt mit im Magnetkreis liegt. Entweder gezielt eingebaut (macht bei einem normalen Trafo keinen Sinn) oder über die bei einer Blechschichtung sich ergebenden parasitären Luftspalte. Bei einem Ringkern aus Texturblech mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife ist der Magnetisierungsstrom stark trapezförmig, d. h. rechteckähnlich und mit der Spannung weitgehend in Phase (fast reiner Wirkstrom). Nebenbei: bei so einer Spule darf man eigentlich gar nicht von Induktivität sprechen. Solch eine Anordnung speichert nämlich praktisch keine magnet. Energie. sie verhält sich eher wie ein nicht linearer Widerstand. Es ist so, auch wenn es provokant klingt.

Die hohen Einschaltstöme bei Ring- u. Schittbandkernen haben nichts mit der hohen Kernausnutzung zu tun, sondern mit der hohen Remanenzinduktion dieser Kerne. Das bedeutet, daß beim Ausschalten je nach Ausschaltzeitpunkt der Kern bei einer hohen Remanenzinduktion hängen bleiben kann. Ist nun beim Wiedereinschalten die erste Netzhalbwelle gleichpolig wie die letzte vor dem Ausschalten, so führt das zu einem Flußhub, der nicht in die Schleife hinein gerichtet ist, sondern noch weiter aus ihr heraus. und das bedeutet Sättigung mit sehr hohem Magnetisierungsstrom. Der Strom wird dabei so groß, daß sich die Spannung, die nicht mehr vom Kern als Flußhub aufgenommen werden kann, als Spannungsabfall in der Wicklung abbaut. Die Summe aus der vom Kern aufgenommenen Spannung ("in Fluß verwandelt") und Spannungsabfall in der Wicklung (Ohmisch und induktiv als Streufluß) muß immer die Klemmenspannung ergeben.

Die Hysterese-Kennlinie bildet nicht den Zusammenhang zwischen Magnetfelstärke und Erregerfeld, sondern zwischen Induktion B (Flußdichte) und Feldstärke H.

Einen grundsätzlichen Unterschied zwischen Isoliertrafo und Spartrafo kann ich nicht erkennen. Hier werden eben Primär- u. Sekundärwicklung z. T. zusammengelegt. Die galvanische Trennuung geht dabei verloren. Bei gegebener Durchgangsleistung ND kann dafür ein Trafo verwendet werden, dessen Typenleistung NT (= Leistung, den dieser Trafo als normaler Isoliertrafo hätte) um den Anteil NDxUnterspannung/Oberspannung zu vermindern ist. Man sieht, daß sich bei sehr kleinem Verhältnis Untersp./Obersp. der Spartrafo nicht mehr lohnt.

--Elmil 12:58, 7. Mär. 2007 (CET)

Lieber Trafofreund Elmil,

ich freue mich, daß Du meine Änderungen aufmerksam liest und kommentierst. Da Du anscheinend viel Erfahrung mit Transformatoren hast, würde ich mich über ein Korrekturlesen und die notwendigen Änderungen sehr freuen.

Das Modell des idealen Transformators habe ich bewußt an den Anfang der Ausführungen gestellt, um ihn in der anschließenden (mehr physikalisch orientierten) Modellierung des verlustlosten Transformators und später des verlustbehafteten Transformators zu verwenden. Mir ging es in erster Linie darum zu zeigen, was man prinzipiell mit Transformatoren machen kann und erst in zweiter Linie darum, wie sie physikalisch funktionieren. Man hätte das auch andersrum machen können - das ist sicherlich Geschmackssache. Einen direkten didaktischen Fehler kann ich darin nicht erkennen. Vielleicht schaust Du jetzt noch einmal drüber. Ich denke, ein Teil Deiner Kritik löst sich dabei in Wohlgefallen auf.

Einen Punkt Deiner Ausführungen möchte ich nicht ganz unkommentiert lassen. Dein Text suggeriert in gewisser Weise, dass beim Transformator der Spulenstrom keine Bewandnis hätte. Es käme nur auf die Spannungen an:

Es ist doch tatsächlich so, daß der Spulenstrom über den Durchflutungssatz zunächst das Magnetfeld, und damit den magnetischen Fluß, erzeugt, ehe das Induktionsgesetz zur Geltung kommen kann. Insofern kann man doch nicht sagen, dass dem Strom gar keine Bedeutung beikommt. Man braucht ihn - genauso wie die Spannung - da man sowohl das Induktionsgesetz als auch den Durchflutungssatz anwenden muß. Natürlich ist es so, daß insbesondere die Ableitung des Stromes wichtig ist. Das wird insbesondere bei den Differentialgleichungen des verlustlosen Transformators klar. Insofern kann der Strom sehr klein sein, und der Transformator funktioniert trotzdem noch. Ich möchte mich auch gar nicht darum streiten, inwiefern der Grenzübergang ${\underline {I}}_{1}\rightarrow 0$ praktisch relevant ist. Trotzdem gilt für einen identisch verschwindenden Primärstrom ($i_{1}(t)=0$ für alle t), daß auch die Sekundärspannung identisch null ist. Der Grund ist das völlige Fehlen des magnetischen Flusses.

Ich sehe derzeit noch Handlungsbedarf hinsichtlich der Vorzeichen, da an vielen Stellen nicht klar ist, welches Zählpfeilsystem zur Geltung kommt. Diese Ungenauigkeit ist in der Wikipedia in elektrotechnischen Artikeln leider weit verbreitet; ich vermute aus Unkenntnis, da auch viele Physiker mitschreiben, deren Anschauung weniger systemtheoretisch orientiert ist. Vielleicht könntest helfen, den Artikel daraufhin nochmal durchzulesen (gerne auch meinen Teil, da ich die Zählpfeile geändert habe). (Eigentlich müßte es auch reichen darauf hinzuweisen, daß die Effektivwerte gemeint sind - dann sind die Zählpfeile ohnehin egal.)

Ich möchte selbst noch Ergänzungen zum Bau von Transformatoren einfügen, ich befürchte aber, daß das ein Faß ohne Boden wird.

Der untere Teil des Artikels sollte m. E. entrümpelt oder ergänzt oder systematischer angeordnet werden. Manche Teile sind nicht sehr exakt, andere sind redundant und müßten zusammengeführt werden. Ich schaue diesbezüglich noch einmal drüber.

Schön wäre es außerdem, einen Bezug zu Schaltnetzteilen herzustellen. Diese werden in Zukunft an vielen Stellen den Transformatoren den Rang ablaufen bzw. (wenn galvanische Trennung notwendig ist) diese ergänzen.

Als nächsten Punkt werde ich die Betriebszustände überarbeiten. Dabei kann ich wohl einen Großteil des Textes übernehmen, ich will jedoch einen direkten Bezug zum Ersatzschaltbild herstellen. --Michael Lenz 01:24, 5. Mär. 2007 (CET)

Hallo Michael,

Natürlich ist es nicht von Bedeutung, ob man nun mit Modellen beginnt oder mit der Pysik, wichtig ist nur, daß letztere dabei nicht zu kurz kommt. Dazu ist es schon auch gut, wenn man mit Modellen nicht übertreibt. Aber von mir aus können wir das im Sinne Deiner Festellung dazu abhaken. Was die Physik anbelangt, da bin ich immer noch nicht ganz verstanden worden, liegt aber sicher an mir. Also noch einmal: Das Induktionsgesetz liefert einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen der an einer Spule liegenden Spannung und dem im Kern der Spule vorhandenem Magnetfluß. Strom kommt zunächst dabei nicht vor. Das beweist allein schon die auch von dir zitierte Formel für sinusförmige Spannungen w= 50*45*Ueff/(f*A*B) [Fluß=A*B, A [m²]!]. Spannung, die eine bestimmte Zeit auf eine Spule einwirkt, erzeugt einen, bzw. ist identisch mit einem Magnetfluß(hub). Diese über eine Zeit andauernde Spannungseinwirkung entspricht dem Spannungszeitintegral, man nennt es deswegen auch Spannungszeitfläche. Beispiel: Eine Halbwelle mit 1 Volteff einer Sinusspannung mit einer Frequenz von 50 Hz (Dauer 10 ms) hat bei 1 Windung eine Spannungszeitfläche von 0,0045 Vs und das ist identisch mit einem Flußhub von 0,0045 Vs. Hat die Spule einen Kern mit einem Querschnitt von z. B. 45 cm², so führt das zu einer Flußdichte B, auch Induktion genannt, von 1 Vs/m², also 1 Tesla . Das ganze gilt immer für die Windungsspannung (U/w) [w=Windungszahl]. Hat man 2 Windungen, so braucht man für den gleichen Flußhub eben 2 V usw. Das ganze gilt, solange die Spannung eine eingeprägte Größe ist, einfach ausgedrückt, sie darf bei dem Vorgang nicht in die Knie gehen, es sei denn, man berücksichtigt dieses und hat dann eben nicht mehr die volle Spannungszeitfläche . Für die innere Spannung (auch EMK genannt), sozusagen nach Abzug der äußeren Spannungsabfälle, gilt es immer. Wie kommt nun der Strom mit ins Spiel? Das geht so: Eine dem Kern von einer Spannungszeitfläche eingeprägten Flußdichte von 1 Tesla benötigt ein dazu erforderliches Magnetfeld H {A/cm] und dazu braucht man den Magnetisierungsstrom. Die Höhe der Feldstärke ist nun materialabhängig. Nimmt man ein Texturblech, so kommt dies mit z. B. H=0,2 A/cm aus. Das bedeutet bei einer gesamten Kernlänge von angenommen 50 cm, daß in der einen Windung, von der wir ausgegangen sind, ein Magnetisierungsstrom von 50cmx0,2=10 Aw(w=1) = 10A benötigt wird. Bei 2 Windungen und 2 V wäre er nur noch 5 A, bei 100 V und 100 Windungenwären es noch 100 mA (10A/100). Wäre der Kern aus Holz (=Luft), so bräuchte man pro cm Flußweglänge bei 1 Tesla ca. 8000 A. Bei solchen Magnetisierungsströmen wird natürlich die Spannungsquelle in die Knie gehen und die Spannung wird lange bevor die 8000 A erreicht sind, sich in Spannungsabfällen verloren haben. D. h. das Tesla stellt sich gar nicht ein und deswegen funktioniert es so nur auf dem Papier, aber nur so war es auch gedacht. Wichtig ist, daß sich der Magnetisierungskreis immer den durch den aufgezwungenen Fluß notwendigen Magnetisierungsstrom aus der flußbestimmenden Spannungsquelle entnimmt. Was kann man daraus nun schließen: Es gibt auf der Grundlage des Induktionsgesetzes einen sehr einfachen kausalen Zusammenhang zwischen anliegender Spannung bzw. Spannungszeitfläche an einer Spule und einer Flußänderung im Kern. Natürlich gilt der gleiche kausale Zusammenhang auch zwischen einer Flußänderung und der Spannung an einer 2. Spule, die um den gleichen Kern geht, weil das Induktionsgesetz in beiden Richtungen gilt. Darauf und nur darauf beruht die Spannungsübertragung in einem Trafo von Primär nach Sekundär. Der Magnetisierungsstrom ist eine aus dem Fluß, den geometrischen Abmessungen des Kernes und dessen Stoffeigenschaften abgeleitete, ich hätte jetzt fast gesagt parasitäre Größe. Sie ist vom Fluß und damit vom Induktionsvorgang abhängig, aber nicht ursächlich für diesen. Der Strom ist eine Folge des Magnetflusses, der Magnetfluß ist (bei einer Spannungseinprägung) nicht die Folge des Magnetisierungsstromes. Ich muß hier noch einmal auf mein Gedankenspiel zurückkommen. Ginge z. B. die Permeabilität durch irgend einen Superwerkstoff, den es natürlich nicht gibt, gegen Unendlich, so ginge der Magnetisierunsstrom ganz selbstverständlich gegen 0, ohne daß sich weder am Fluß noch an der gesamten Trafofunktion etwas ändert. Das wäre dann der Trafo ohne Magnetisierungsstrom.

Ich hoffe, ich habe mich zu diesem Punkt jetzt verständlich genug ausgedrückt. Zu dem Thema ließe sich natürlich noch einiges ergänzen, wie z. B.: Was passiert bei der Speisung einer Spule mit eingeprägtem Strom. usw. Einiges dazu findet man auch in meinen beiden letzten Diskussionsbeiträgen. Nur dieses Grundverständnis führt zu einer dann allerdings recht einfachen und logischen Betrachtung der Vorgänge rund um den Trafo. Genau so wichtig für das Grundverständnis ist aber auch die Einsicht, daß die Vorgänge um den Laststrom mit den Vorgängen im Magnetisierungskreis nur ganz entfernt etwas um nicht zu sagen gar nichts zu tun haben.

Zu Zählpfeilsystemen kann ich nicht viel beitragen. Ich kann mich an die zwar schwach erinnern, in meiner Berufszeit bin ich aber meist ohne sie ausgekommen. Beim Trafo mit "umgekehrtem Wickelsinn" würde ich erwarten, daß dann auch die Pfeile auf der sek. Seite umgedreht sein müßten. Ich würde diese Variante aber ganz weg lassen, es ist nichts anderes als Spulen-Anfang mit -Ende vertauscht. Das ein wenig nützlicher Formalismus.

Zu Schaltnetzteiltrafos gäbe es sicher einiges zu sagen. Das ist aber m. E. nur in Verbindung mit der Erklärung von Schaltnetzteilen selbst sinnvoll, weil z. B. abhängig vom Prinzip (Sperrwandler oder Flusswandler) die Trafos ganz unterschiedliche Funktion haben.

--Elmil 13:07, 7. Mär. 2007 (CET)

Hallo Elmil,

ich glaube, wir haben hier eine Situation, in der beide Recht haben.

Du gehst davon aus, daß die Primärspannung am Transformator eingeprägt ist. Damit betrachtest Du sie automatisch als ursächlich, und Du folgerst aus dem Induktionsgesetz $U=N\cdot d\Phi /dt$, daß dort, wo eine Wechselspannung ist, auch ein sich ändernder magnetischer Fluß B*A sein muß. Daß über den Durchflutungssatz $\int {\vec {H}}d{\vec {s}}=\int {\vec {B}}/\mu d{\vec {s}}=I$ dann ein Strom fließen muß, siehst Du als parasitär an (ich lasse in der Formel den Verschiebestrom weg).

Mit dieser Sichtweise bin ich vollkommen einverstanden. Sie ist sehr didaktisch und erklärt den Transformator gut.

Ich nehme jedoch mit gleicher Berechtigung an, daß der Wechselstrom I auf der Primärseite eingeprägt ist. Damit betrachte ich den Strom als ursächlich. Mit dem Durchflutungssatz $\int {\vec {H}}d{\vec {s}}=\int {\vec {B}}/\mu d{\vec {s}}=I$ folgere ich, daß dort, wo ein Wechselstrom ist, ein magnetisches Wechselfeld $B=\mu H$ sein muß. Den Durchflutungssatz kann man auch in beide Richtungen lesen. Das zu H gehörige B-Wechselfeld induziert nach dem Induktionsgesetz die Spannungen auf Primär- und Sekundärseite. Der Strom ist Ursache, die Spannungen sind "parasitäre" Folgerungen.

Du führst zum Beweis der "Überlegenheit" Deiner Sichtweise den Fall $\mu \rightarrow \infty$ an. In allen anderen Fällen sind wir uns ja soweit ich das verstehe einig, daß die Maxwellgleichungen keine Sichtweise bevorzugen.

Der Superwerkstoff mit $\mu \rightarrow \infty$ ist tatsächlich interessant - so genau habe ich mir das vorher auch noch nie überlegt:

1. Im Falle eines endlich großen eingeprägten Stroms habe ich laut Durchflutungssatz $\int {\vec {H}}d{\vec {s}}=I$ ein endliches H und wegen $\mu \rightarrow \infty$ ein unendlich großes B=µH. Damit ergibt sich eine unendliche Energiedichte im Magnetkern. Der Transformator kann also nicht mit einen eingeprägten Strom betrieben werden, da man dazu eine unendliche Energie benötigen würde.
2. Im Falle einer eingeprägten Spannung zeigt sich dasselbe Problem, nur von einer anderen Seite. Da die Spannung eingeprägt ist, liegt laut Induktionsgesetz $u=N\cdot d(B\cdot A)/dt$ein endlich großes B vor und somit ein H=B/µ, das im Grenzfall zu Null wird. Wenn jedoch H identisch Null ist, kann dem Durchflutungssatz entsprechend kein Sekundärstrom (oder allenfalls in homöopathischen Dosen :-) fließen.

Fazit für mich, sofern Du keinen gedanklichen Fehler findest:

1. Stromspeisung des Supertrafos funktioniert nicht, weil eine unendliche Energie aufgewendet werden muß.
2. Spannungsspeisung des Supertrafos geht zwar, nutzt aber nichts. Die Sekundärseite kann keinen Strom abgeben. Eine Spannung, die nur da ist, wenn man sie gerade nicht messen kann, ist physikalisch ebenso unsinnig wie ein Strom, den man mangels Energie nicht erzeugen kann.
3. Man kann die Maxwellgleichungen in beiden Richtungen lesen. Die Physik bevorzugt keine der beiden Lesarten.

Gruß --Michael Lenz 02:39, 8. Mär. 2007 (CET)

Hallo Michael,

Du hast Dich mindestens zum Teil meiner Sichtweise angeschlossen. Finde ich gut.

Zu Deiner Sichtweise gibt es schon noch einiges zu kommentieren.

1. Klärungsbedürftig scheint der Begriff "eingeprägte Spannung" bzw. "eingeprägter Strom" zu sein.

Die Begriffe beschreiben die Charakteristik einer elektrischen "Quelle".

Eine eingeprägte Spannung liegt vor, wenn die angeschlossene Last keine (oder vernachlässigbar kleine) Rückwirkung auf die speisende Spannung hat. Die Spannung ist "bocksteif", kein Strom kann sie aus der Fassung bringen. Je nach Lastwiderstand kann sich hier der Strom in weitem Bereich frei einstellen. Der Innnenwiderstand Ri so einer Quelle muß klein sein im Vergleich zum Lastwiderstand. Bei einer idealen Quelle eingeprägter Spannung ist Ri=0. Typisches Beispiel so einer Quelle ist unsere Netzspannung oder ein Akku. Angeschlossene Stromkreise, wenn sie unabhängig sein sollen, müssen parallel geschaltet werden, Abschalten geschieht durch unterbrechen. Leerlauf bedeutet Stromkreis offen. Bei kurzgeschlossener Quelle geht der Strom gegen unendlich bzw. ist bestimmt von Ri.. Als Sicherung dient ein Schmelzdraht.

Ein eingeprägter Strom liegt vor, wenn eine angeschlosene Last keine Rückwirkung auf diesen Strom hat. Je nach Lastwiderstand stellt sich hier die Spannung frei ein. Der Innenwiderstand einer Stromquelle muß sehr groß sein im Vergleich zum Lastwiderstand. Bei einer idealen Stromquelle ist Ri unendlich. Angeschlossene Stromkreise müssen in Reihe geschaltet sein, wenn sie unabhängig sein sollen, die Stromquelle muß immer abgeschlossen sein, Abschalten geschieht durch Kurzschließen, Leerlauf bedeutet Stromkreis kurzgeschlossen (Spannung ist 0), bei offener Quelle geht die Spannung gegen unendlich. Als Sicherung dient eine Funkenstrecke, die einen kontrollierten Überschlag gewährleistet. Typisches Beispiel ist eine atmosphärische Blitzentladung (funktioniert nur ganz kurz) oder ein stromgeregeltes Netzgerät, hier aber nur im Rahmen einer maximal möglichen Spannung, die durch das Netzgerät vorgegeben ist. Bei einer Stromquelle ist alles invers im Vergleich zur Spannungsquelle.

2. Ein Trafo hängt eben nun mal an einer eingeprägten Spannung, diese prägt den Fluß ein und der Kern holt sich den dazu erforderlichen Magnetisierungsstrom aus der Spannungsquelle. Die Erklärung seiner Funktion ist zweckmäßigerweise an die Voraussetzungen bzw. an die realen Einsatzbedingungen zu knüpfen. Um das gleich noch dranzuhängen: Auch für µ gegen unendlich wird der Trafo astrein funktioniern. Auch mit Laststrom. Ich wiederhole mich: Die Vorgänge im Magnetisierungskreis dienen nur der Spannungsübertragung. Die Lastströme sind davon unabhängig. Ihre Durchflutungen summieren sich zu 0 (Null!) und damit bleiben sie für den Kern unsichtbar und ohne Einwirkung auf diesen. Populär könnte man auch sagen: Weil der Kern von den Lastströmen gar nichts wissen will oder darf (er ist nämlich nur mit dem ihm eingeprägten Fluß beschäftigt, er will nur den Magnetisierungsstrom sehen, den er dafür braucht), deshalb müssen sich die Lastströme jederzeit zu 0 ergänzen. Jeder andere oder zusätzliche Strom im Kern würde den Fluß verändern. Das geht aber nicht, weil sich dann auch die Spannung ändern müßte. Die ist aber vom Netz her eingeprägt. Das Magnetfeld im Kern wird nicht gebraucht zur Stromübertragung, es dient nur dem Fluß und damit der Spannungsübertragung. Dies ist so.

3. Es ist natürlich nicht uninteressant der Frage nachzugehen, was passiert, wenn man den Trafo mit einem eingeprägten Strom speist. Zum Verständnis sollte man dazu mehrere Fälle unterscheiden:

a) Der Strom entspricht etwa dem, der sich als Magnetisierungsstrom einstellen würde, wen es ein "normaler" Trafo wäre. Hierfür ist die Antwort von Dir schon gegeben. Der eingeprägte Strom führt zu einer eingeprägten Feldstärke und diese zieht einen Fluß nach sich und der induziert eine Spannung primär und auch sekundär. Änderungen des Stromes ändern die Spannung, auch jede Änderung am Kern hat diese Auswirkung. Die Magnetisierung ist jetzt stromgeführt (bei eingeprägter Spannung ist sie flußgeführt). Die Spannung muß sich frei einstellen können, die Stromquelle muß das zulassen. Dies gilt auch bezüglich der zeitlichen Verlaufs. Vom Sinus wird da nicht viel übrig sein. Die Verhältnisse drehen sich genau um. Aber auch hier wird die Spannung von der Flußänderung induziert (nicht vom Magnetfeld, wie man bei Dir immer wieder einmal lesen kann. Diese Begriffe müssen strikt getrennt werden). Versucht man den Trafo zu belasten, so wird man feststellen, daß die Spannung zusammnbricht. Der Grund: der Trafo wird nur mit seinem Magnetisierungsstrom (eingeprägt) gespeist. Zieht man den sekundärseitig ab (man beachte dazu das Ersatzschaltbid), fehlt die Magnetisierung und damit auch die Spannung bzw. ein wesentlicher Teil davon.

b) Der Strom ist kleiner als der unter a) angenommene. Der Fall ist trivial. Er läuft ab wie bei a) beschrieben, nur der Fluß und damit auch die Spannung werden kleiner.

c) Man vergrößert den eingepr. Strom wesentlich über den in a) genannten Wert hinaus, z. B. auf den 10-fachen Wert. Der Trafo sei auf der Sekundärseite offen (Leerlauf). Der Strom sei sinusförmig. Frequenz z. B. 50 Hz. An der Wirkungskette Wechselstrom >>> Wechselfeldfeld >>> Wechselfluß >>> Wechselspannung ändert sich nichts, aber bereits nach etwa 1/30 der Halbwellendauer (sin 6°= 0,1) d. h. nach ca. 0,3 ms ist der Stromwert erreicht, der den Kern voll durchmagnetisiert , d. h. nach dieser Zeit ist auch bereits der volle Flußhub durchlaufen. Das heißt aber auch, daß die dabei induzierte Spannung den etwa 30-fachen Wert der erwarteten Spannung haben wird, da die Spannungszeitflächen (=Flußhub) gleich sein müssen, die zur Verfügung stehende Zeit aber nur noch 1/30 beträgt. (Zahlenwerte bitte nicht auf die Goldwaage legen). Der Trafo wird deshalb zu Beginn jeder Stromhalbwelle eine riesige Spannungsspitze abgeben, den Rest der Zeit wird der Kern in Sättigung getrieben. Je nach Kernmaterial wird auch dabei noch mehr oder weniger Flußhub möglich sein und damit noch Spannung induziert, aber wenig gegen die, die entsteht, solange die Magnetisierung den ungesättigten Teil der Schleife durchläuft. Man müßte den Verlauf aufzeichnen, mir fehlen dazu die Möglichkeiten. Von Sinusspannung ist da nichts mehr übrig geblieben und vom von dem, was man sonst von einem Trafo erwartet auch nicht. Verwenden könnte man so ein Ding vieleicht gerade noch für ein Weidezaungerät, aber das wars dann auch.

Wie man sieht, hat das keinen wesentlichen praktischen Wert außer der Erkenntnis, daß das Verhalten eines Trafos recht heftig reagiert, wenn man so mal schnell eingeprägte Spannung mit dto. Strom vertauscht.

Durch eine Maßnahme kann man der Stromspeisung noch Sinn geben. Es ist nämlich nicht korrekt bezüglch des Umgangs mit einer Stromquelle den Trafo auf der Sekundärseite nicht abzuschließen mit einem Widerstand oder durch Kurzschluß. Deswegen sei zuletzt auch noch dieser Fall diskutiert.

Wenn der Trafo am Ausgang belastet oder kurzgeschlossen wird, muß der eingeprägte Strom, getrieben von der Ausgangsspannung, sich im Sekundärkreis wieder finden und zwar in gleicher Größe (bezogen auf die zugehörenden Durchflutungen) wie auf der Primärseite eingeprägt wegen der schon oft zitierten Knotenpunktregel ( Ersatzschaltbild beachten!). Soweit der Sekundärstrom dabei ohmsche Widerstände zu überwinden hat (was bei einem realen Trafo so ist), liegt die dazu benötigte Spannung ausgangsseitig am Kern und erzwingt im Kern einen dazu passenden Flußhub. Den dazu erforderlichen Magnetisierungsstrom holt sich der Kern dazu aus dem Primästrom, zwackt ihn sozusagen von diesem ab. Dieser Mag.-Strom wird umsogrößer sein, je größer die benötigte Ausgangsspannung ist, weil dann der Flußhub auch größer sein muß. Man sollte dabei beachten, daß auch hier, wie bei dem Betrieb an eingeprägter Spannung eine flußgeführte Magnetisierung vorliegt, obwohl der Trafo selbst stromgespeist ist. Das ist möglich, weil der eingeprägte Strom im Lastwiderstand zu einer quasi eingeprägten Spannung wird ( der Lastwiderstand muß natürlich konstant sein).

Was hier beschrieben wurde ist nichts anderes als die Funktion eines Stromtrafos oder Stromwandlers. Damit ist auch gleich der Grund erklärt, warum ein Stromwandler nie mit offenen Klemmen betrieben werden darf. Er würde zum Hochspannungstrafo (siehe c)) bzw. an Überspannung sterben. Die Stromübersetzung ist im Prinzip wegen des stets zwanghaften Durchflutungsgleichgewichts fehlerfrei, nur der Magnetisierungsstrom geht sozusagen daneben vorbei, was sich als Fehler bemerkbar macht. Im Kurzschlußbetrieb ist der Mag.-Strom am kleinsten, deshalb ist da der Fehler auch am kleinsten. je größer der Lastwiderstand (beim Meßwandler spricht man von Bürde), umso größer der Fehler. Wird die Bürde so groß, daß der Kern die benötigte Spannung nicht mehr aufbringen kann, weil der damit verbundene Flußhub zur Sättigung führt, so steigt der dazu notwendige Magnetisierungsstrom überproportional an, der Meßfehler eskaliert. Damit ein Wandler auch bei Überstrom noch ausreichend genau ist, nützt man die Hystereseschleife im Nennbetrieb nie voll aus. Der Fehler ist natürlich auch zu minimieren, wenn Magnetwerstoffe mit minimalen Magnetisierungsfeldstärken zum Einsatz kommen. Typische Materialien sind Ringkerne aus Mumetall oder Ultraperm 10 (VAC). Die Koerzitivfeldstärken liegen hier unter 30 mA/cm.

Der ideale Kernwerstoff für Wandler wäre unser Superwerkstoff mit H=0 und µ gegen unendlich, natürlich bei einer ausreichend hohen Sättigungsinduktion. Da würden die Wandlerbauer jubeln. Die Wandler hätten keinen Fehler mehr. Sie würden auch funktionieren, wir brauchen nämlich keine Feldstärke bei einer flußgeführten Magnetisierung, wir brauchen nur Fluß und wenn der sich mit H=0 machen ließe, soll es doch recht sein.

Und jetzt noch zu Deinen/meinen Schlußfolgerungen:

1. Die Stromspeisung eines Trafos funktioniert nur, bzw. macht nur Sinn, wenn man ihn mit einer Bürde abschließt, bzw. kurzschließt. So wird der Trafo zum Stromwandler. Der funktioniert auch mit einem "Superkernwerkstoff" wie oben zitiert. Der unbelastete stromgespeiste Trafo gehört eher in ein Kuriositätenkabinett, ist aber als Denksportaufgabe nicht uninteressant.

2. Die Spannungsspeisung eines Trafos entspricht der normalen Anwendung. Deshalb muß er auch darauf basierend erklärt werden. Auch der Trafo mit dem "Superkernwerkstoff" überträgt Strom. Hier scheint immer noch ein gedanklicher Fehler vorzuliegen. Alles weitere siehe oben im Text.

3. Es ist richtig, daß das Induktionsgesetz in beiden Richtungen gelesen werden kann. Das heißt aber nicht, daß man in der Wahl der Richtung frei ist. Da hat man sich schon an die jeweilige Anwendung zu halten, d. h. man bewege sich immer von der vorgegebenen (eingeprägten) zur gesuchten (abhängigen) Größe und nicht umgekehrt, sonst gehts rückwärts durch die Brust ins Auge.

PS. Was immer wieder auffällt ist, daß die Begriffe Strom, Durchflutung, Feldstärke, Induktion und Fluß nicht klar verstanden sind oder falsch angewendet werden. Hier besteht Klärungsbedarf, nicht hoch mathematisch sondern anschaulich und mit einfachen Worten.

Mit freundlichem Gruß Elmil

--Elmil 16:00, 9. Mär. 2007 (CET)

Hallo Elmil,

im Magnetmaterial gibt es zwei magnetische Größen: B und H.

1.) B ist an die elektrische Spannung u geknüpft. Steht u(t) fest, so kennt man B(t) und umgekehrt. Zusammenhang: $u={d(B\cdot A) \over dt}$

2.) H ist an den elektrischen Strom i geknüpft. Steht i(t) fest, so steht auch H(t) fest und umgekehrt. Zusammenhang: $\int Hds=I$ (Verschiebeströme inbegriffen)

3.) B und H hängen über Materialgesetze zusammen: $B=\mu H$

Eine endliche sinusförmige Spannung u, die Du einprägst, führt zu einem endlichen sinusförmigen B. (Gleichung 1)

Ein endliches sinusförmiges B führt für $\mu <\infty$ zu einem endlichen sinusförmigen H. (Gleichung 3)

Und ein endliches sinusförmiges H ist mit einem endlichen sinusförmigen Strom i verknüpft (Gleichung 2).

i ist immer da, wenn Du den Trafo irgendwie verwendest. Daß das i da ist, ist ein Grundprinzip der Natur (Maxwellgleichungen).

Den Fall $\mu =\infty$ zu diskutieren, ist sinnlos. Er führt im Falle einer Last zu Widersprüchen, weil H=0 sein muß und bei Last gleichzeitig I>0, was mit den Maxwellgleichungen unvereinbar ist. Das wollte ich in unserem Gedankenexperiment einmal zeigen.

Der Fall $\mu \rightarrow \infty$ bedeutet $\mu <\infty$. Dann funktioniert der Transformator, und zwar umso idealer und mit umso weniger i, je größer $\mu$ ist.

Wenn Du sagst, Trafos würden mit (idealen) Spannungsquellen betrieben und in diesem Zusammenhang komme es nur auf die Spannung an, stimme ich Dir zur Hälfte zu. Ein Kraftwerkstrafo arbeitet so, und es ist sicherlich sinnvoll zu betonen, daß der reale Trafo unter diesen Bedingungen eher die Spannungen ideal transformiert als die Ströme - darauf möchtest Du ja irgendwo hinaus.

Im Nachrichtentechnikbereich (z. B. Antennenverstärker im Amateurfunk) betreibst Du die Trafos jedoch meist mit weniger idealen Quellen. Häufig ist eine Transformation von bzw. auf 50 Ohm / 75 Ohm Wellenwiderstand gewünscht. Bei derartigen realen Quellen ist die Frage, ob eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle vorliegt, müßig, da sie ineinander überführbar sind.

Es gibt auch Anwendungen, bei denen Du ausdrücklich Ströme durch die Hauptinduktivität wünschst:

1. Das einfachste Beispiel ist, wenn Du den Trafo als Hochpass nutzt. Die Hauptinduktivität schließt dabei die niedrigen Frequenzen kurz, so dass diese nicht übertragen werden. In diesem Fall wünschst Du Dir je nach Grenzfrequenz geradezu eine geringe Induktivität.
2. Ein anderes Beispiel kenne ich aus dem Ultraschallbereich mit Piezowandlern. Ein Piezowandler läßt sich elektrisch als C_p parallel (R + jwL + 1/(jwC)) modellieren. Den Wandler koppelt man häufig über einen Trafo an den Sender bzw. Empfänger an,. Dabei nutzt man die "parasitäre" Induktivität dazu, um das parallele C_p des Piezos zu kompensieren. Man hat damit Blindleistungskompensation und Potentialtrennung mit einem einzigen Bauelement gelöst.

Zugegebenermaßen möchtest Du in diesen Fällen keine Übertragung der betreffenden Größen erreichen, sondern im Falle des Hochpasses das genaue Gegenteil. Worauf ich hinaus will ist, daß diese Trafos eingesetzt werden WEGEN der Magnetiierungströme (und nicht 'trotz', wie Du annimmst).

Letztlich hast Du mich aber schon überzeugt, daß der Herleitung über die Spannungstransformation eine gewisse Sonderrolle zukommt - wenn auch nicht in der Absolutheit, die Du gerne betonst (siehe Beispiele aus der Nachrichtentechnik). Daher befürworte ich ausdrücklich eine zusätzliche Herleitung ohne Ströme, gerne auch vor der anderen Herleitung.

Ich denke, wir mißverstehen uns, weil ich über Naturgesetze spreche und betone, daß mit der eingeprägten (Wechsel-)Spannung untrennbar ein (Wechsel-)Strom verbunden ist, während Du über die Erfindung des Trafos sprichst und betonst, daß der Transformator daraufhin konzipiert wurde, daß der Magnetisierungsstrom möglichst klein ist.

Eventuell sinnvoll ist auch die Herleitung mithilfe des Modells des Magnetkreises, wobei ich jedoch die Mühe scheue, die Größen magnetischer Fluß $\Phi$, magnetische Durchflutung $\Theta$ und magnetischer Widerstand $R_{magn}$ sauber einzuführen.

Gruß, --Michael Lenz 03:00, 10. Mär. 2007 (CET)

Fehler in Formel?

Guten Abend, ich glaube es ist ein Tippfehler in der Formel für 3.2.2 "Der verlustlose Transformator" Dort steht: $u_{2}(t)=N_{2}\cdot {\frac {d\Phi _{22}(t)}{dt}}+N_{1}\cdot {\frac {d\Phi _{21}(t)}{dt}}$

Ich denke aber es müsste lauten: $u_{2}(t)=N_{2}\cdot {\frac {d\Phi _{22}(t)}{dt}}+N_{2}\cdot {\frac {d\Phi _{21}(t)}{dt}}$

Bitte schaut mal, ob ich mich irre, oder es sich tatsächlich um einen Tippfehler handelt.

Viele Grüße Simon

Hallo Simon,

danke für den Hinweis. Ich habe die Formel geändert.

Gruss, --Michael Lenz 04:39, 15. Mär. 2007 (CET)

Hallo Michael,

die Definition der magnetischen Grundgrößen war wichtig und natürlich auch richtig. Da würde ich nur noch eine Kleinigkeit ergänzen, nämlich bei der Definition $\int Hds=I$. Der Strom ist eigentlich I*w. Sinnvoller wäre es hier von Durchflutung zu sprechen und den Buchstaben Θ dafür einzuführen. Anderweitig könnte das zu Verwechslungen mit dem Spulenstrom führen.

Was noch fehlt ist ein Versuch einer Veranschaulichung der magnetischen Größen indem man die Analogie zu elektrischen Größen herstellt. Das sieht dann nämlich so aus:

Die Durchflutung Θ wirkt als "magnetische Spannung", wurde deswegen früher auch als "magnetomotorische Kraft" bezeichnet, abgk. MMK, das Analogon auf der elektrischen Seite wäre die EMK (eingeprägte Spannung).

Die auf die zu magnetisierende Wegstrecke bezogene Durchflutung ist die magnetische Feldstärke H mit Dimension A/cm, das Analogon auf der elektrischen Seite wäre die elktrische Feldstärke E [V/m].

Die Feldstärke H ist über den magnetischen Leitwert µ mit dem magnetischen Flußdichte (auch Induktion genannt) B verbunden ( das "ohmsche Gesetz des magnetischen Kreises"): B=µ*H, (µ=spez. magn. Leitwert). Das Pendant dazu auf der elektrischen Seite heißt s=k*E (s=Stromdichte, k=spez. elektr. Leitwert)

Über den Querschnitt A ist die Flußdichte mit dem Fluß verbunden. B*A=Φ. Auf der elektrischen Seite ist die Stromdichte s über den Querschnitt mit dem Strom I verbunden. s*q=I

Demnach ist das Analogon zum magnet. Fluß Φ der elektrische Strom I.

Interessanter Weise ist aber pysikalisch der elektrische Strom I mit der magnetischen Spannung verknüpft und der magnetische Fluß ("Strom") mit der elektrischen Spannung.

Was man noch erkennen kann ist der Umstand, daß der magnetische Kreis sich verhält wie der elektrische Stromkreis, auch da gibt es "Spannung", "Strom", und Leitwert oder den Kehrwert davon, den Widerstand.

In der Elektrotechnik ist es eine Selbstverständlichkeit Strom und Spannung strikt auseinanderzuhalten (den etwas unverbindlichen Begriff der "Stromspannung" überlassen wir gern den Zeitungsschreiblehrlingen), obwohl man auch da mit Recht sagen könnte, daß es gleichgültig ist ob Strom und Spannung, weil die ja über den Widerstand ohnehin verknüpft sind.

Bei der Beschreibung des magnetischen Kreises ist diese Disziplin noch viel wichtiger, weil man es hier überwiegend mit Leitwerten zu tun hat, die nicht konstant sind, sondern stark abhängig von der jeweiligen Flußdichte. Das gilt für alle mir bekannten ferromagnetischen Materialien und mit denen hat man es meistens zu tun. Deswegen führt ein sinusförmiges B nur in Luft oder magnetisch gleichwertigem Medium zu einem sinusförmigen H, nur hier ist µ konstant über den ges. B-Bereich. In den meisten Magnetwerkstoffen ändert sich µ meist über mehr als eine Zehnerpotenz allein innerhalb der Hystereseschleife, mit Einbeziehung des Sättigungsbereichs sogar mehrere Zehnerpotenzen. Deswegen arbeitet man in der Praxis, wenn ist um ferromagn. Materialien geht, auch nicht mit µ, sondern mit Magnetisierungskennlinien B=f(H) und diese Abhängigkeit von der Flußdichte ist auch einer der Gründe, warum ich so penetrant zwischen Magnetisierung mit eingeprägter Spannung und eingeprägtem Strom unterscheide. Da kommen nämlich ganz unterschiedliche Dinge heraus, wie ich in meinem letzten Beitrag ausführlich erläutert habe. Natürlich kann man immer das eine in das andere überführen, letztlich hat alles einer einheitlichen Pysik zu gehorchen. Aber man macht es sich verdammt schwer und erzeugt damit meist mehr Durcheinander als Klarheit

Mit dem Verhalten bei µ gegen unendlich wollte ich ursprünglich nur aufzeigen (es war ja nur ein Gedankenspiel), welch nachrangige Bedeutung der Magnetisierungsstrom für die Funktion des Trafos bei einer flußgeführten Magnetisierung hat. Durch die Verwendung des Wortes "parasitär" ist wahrscheinlich ein Mißverständnis entstanden, das ich gerne ausräumen würde. Der Magnetisierungsstrom stört, solange er sich in einem akzeptabelen Rahmen bewegt in keiner Weise. Er gehört sogar mit dazu und das mit dem H=0 war auch nie so zu verstehen.

Der Fall ist zwar sinnlos, wie Du festgestellt hast, , weil es den Werkstoff ohnehin nicht gibt. Ganz so sinnlos ist er aberdoch wieder nicht, weil man an Deiner Reaktion darüber erkennt, daß etwas ganz wesentliches von Dir noch nicht verstanden oder akzeptiert ist. Es gibt nämlich keinen Widerspruch, wie von Dir angenommen. H=0 im Kern ist ganz selbstverständlch vereinbar mit einem beliebig großen Laststrom in den Spulen. Die Summe der Laststromdurchflutungen in den Spulen magnetisieren den Kern nicht (weil sie sich zu 0 aufheben). Diese Erkenntnis ist fundamental wichtig, ohne dies erkannt und akzeptiert zu haben muß man jedes Trafoverständnis schlicht vergessen, ganz gleich ob man nun über einen Netztrafo spricht, über einen Stromwandler oder über einen Übertrager. Diesen Punkt sollten wir vorrangig ausdiskutieren. Ich habe ihn in all meinen Beitägen bisher angesprochen, ich habe von Dir bisher weder Widerspruch noch Einverständnis vernommen. Ich erkenne aber auch jetzt wieder einmal, daß Du dies noch nicht verinnerlicht hast.

Im übrigen transformiert ein Trafo auch die Ströme ideal, gerade weil eben die Summe der von den Lastströmen verursachten Durchflutungen jederzeit 0 sein muß.

Was das Verständnis anbelangt, sozusagen aus didaktischen Gründen, halte ich es für zweckmäßig, zunächst die "reinen" Betriebszustände, z. B. die Speisung mit engeprägter Spannung zu erklären. Immerhin wird damit auch ein riesiger Anwendungsbereich, vom Steckernetzteil (soweit dort überhaupt noch ein Netztrafo drin ist) bis zum Kraftwerkstrafo, d. h. die ganze klassische Stromversorgungstechnik abgedeckt. Darüberhinaus ist dies auch wichtig für das Verständnis anderer Betriebszustände wie z. B. Stromtrafos und Mischformen. Weil sich die relevanten Grundprinzipien auch dort wiederfinden lassen. Um einen Übertrager zu verstehen, muß man einen Trafo verstanden haben.

Der Umstand, daß man Hauptfeldinduktivitäten oder auch Streuinduktivitäten in Schaltungen mitbenutzt, um diesen noch anderweitig bestimmte Eigenschaften zu geben, entbindet auch nicht davon verstanden zu haben, wie diese Dinge zustande kommen. Im übrigen sollte man ev. eine Trennung herbeiführen zwischen Trafos und Übertrager, wobei der Unterschied diskrete Frequenz bzw. Frequenzbereich das Kriterium für die Unterscheidung sein könnte. Beim Übertrager gelten wg. der meist größeren Frequenzbereiche, in denen er funktionieren muß Zusatzkriterien, wie Luftspalt im Kern und dergl., die beim Netztrafo keinen sinn machen oder gar kontraproduktiv sind. Die Grundlagen des Trafos gelten natürlich auch für den Übertrager. Um das an Deinem Beispiel gleich zu zeigen: Es ist trivial, daß bei kleinen Frequenzen Magnetisierungsströme zwangsläufig größer sind, weil zu den kleinen Freqzenzen (siehe Induktionsgesetz) eben der größere Flußhub gehört und das läßt sich für einen Hochpass gut gebrauchen, ebenso wie hohe Frequenzen an den Streuinduktivitäten zu hohen Spannungsabfällen führen, was für einen Tiefpass hilfreich sein kann.

Auch ich spreche nur über Naturgesetze, aber ich versuche diese immer möglichst nahe an die jeweilige Anwendung zu bringen und das so anschaulich wie möglich. In Wikipediabeiträgen sollte man versuchen mit einem Minimum an höherer Mathematik auszukommen und wenn nicht vermeidbar, so sollte erklärt werden, was das bedeutet.

Mit freundlichem Gruß Elmil

--Elmil 16:38, 12. Mär. 2007 (CET)

Hallo Elmil,

gegeben sei ein primärseitig spannungsgespeister Transformator, der sekundärseitig mit dem elektrischen Widerstand R abgeschlossen sei. $\mu _{r}$ sei sehr groß, aber endlich.

Spannungsgespeister belasteter Transformator

Zugehöriger Magnetkreis

Die Spannungsquelle $u_{1}$ prägt einen magnetischen Fluß $\Phi _{1}$ in die Primärspule ein. Dieser Fluß kommt, da der Magnetkreis unverzweigt ist, vollständig in der Sekundärspule an und induziert dort die Sekundärspannung $u_{2}$, die exakt die gleiche Kurvenform aufweist wie $u_{1}$.

Die Kurvenformen sind vollkommen unabhängig davon, ob $R_{mag}$ linear ist oder eine Hysterese aufweist, da $\Phi _{1}$ eingeprägt ist und im gesamten Kreis identisch ist.

Der Widerstand R erzeugt aus der Spannung $u_{2}$ einen Strom $-i_{2}=u_{2}/R$ in den Spulenwicklungen. Dieser Strom muß im Modell des Magnetkreises als eine gesteuerte Durchflutungsquelle ($\Theta$-Quelle, Quelle des H-Feldes) aufgefaßt werden.

Nach der Maschenregel ergibt sich in Verbindung mit dem Bauelementegesetz von $R_{mag}$: $\Theta _{1}=\Theta _{Rmag}+\Theta _{2}=R_{mag}\cdot \Phi _{1}+\Theta _{2}$

Für $R_{mag}$ gegen Null fällt über dem magnetischen Widerstand, der den Kern darstellt, kein H ab. Die gesamte (abhängig) eingespeiste Durchflutung fällt über der Magnetflußquelle ab. Das ist letztlich Deine Aussage, und sie ist vollkommen richtig.

Ich habe bei meiner Betrachtung an den Teil des Spulenkerns gedacht, der von den Wicklungen umgeben ist. Ganz konkret habe ich mich in Gedanken in eine Fläche A versetzt, die von einem Leiterstück der Sekundärspule senkrecht durchstoßen wird. Die Strecke s soll einen geschlossenen Weg um A darstellen. Da laut Voraussetzung innerhalb und außerhalb des Kerns überall H=0 gilt, ergibt sich im Leiter

$I=\int {\vec {H}}d{\vec {s}}=\int 0d{\vec {s}}=0$

im Widerspruch zu einem beliebig großen Laststrom. Also muß bei den Spulenwicklungen ein H > 0 auftreten. Da sich H bei nicht allzu pathologischen Kernen parallel zu B bewegt, habe ich gesagt, daß es ein H > 0 auch im Kern geben muß, was ebenfalls vollkommen richtig ist. H wird ja nicht kleiner, nur weil es sich von den Spulenwicklungen entfernt.

Die Auflösung des Widerspruchs ist, daß Du im Modell des Magnetkreises argumentiert hast, während ich über Elektrodynamik gesprochen habe. Beide haben in den jeweiligen Modellen recht, und beide Modelle haben ihre Berechtigung.

Was wir dabei festgestellt haben ist, daß $H=0$ bei Vorhandensein von Strom in der Elektrodynamik zu Widersprüchen führt, sich jedoch im Magnetkreis bei großem $\mu$ damit verträgt. Das H-Feld, auf das ich so entschieden bestanden habe, findet sich im Magnetkreis übrigens auch wieder - allerdings nur in den Bauelementen, insbesondere der Durchflutungsquelle.

>>Mit dem Verhalten bei µ gegen unendlich wollte ich ursprünglich nur aufzeigen (es war ja nur ein Gedankenspiel), welch nachrangige Bedeutung der Magnetisierungsstrom für die Funktion des Trafos bei einer flußgeführten Magnetisierung hat. [...] Im übrigen transformiert ein Trafo auch die Ströme ideal, gerade weil eben die Summe der von den Lastströmen verursachten Durchflutungen jederzeit 0 sein muß.

Ok, hier stimme ich Dir vollkommen zu, wenn Du „gerade weil“ durch „wenn“ ersetzt. Wenn nämlich $R_{mag}$ als größer Null und nichtlinear (z. B. mit Hysterese) angenommen wird, verhält sich $\Theta _{1}$ der Gleichung

$\Theta _{1}=\Theta _{Rmag}+\Theta _{2}=R_{mag}\cdot \Phi _{1}+\Theta _{2}$

entsprechend nichtlinear zu $u_{1}$.

Die elektrischen Spannungen behalten also zusammengefaßt ihre Verlaufsform, während die Ströme durch das nichtlineare Verhalten des Magnetkerns beeinflußt werden.

An diesem Beispiel wird interessanterweise klar, daß bei Einprägung eines primärseitigen Flusses die Durchflutung sekundärseitig eingeprägt wird. Die Einprägung einer Durchflutung ist demnach eher die Regel als die Ausnahme, wenn die zugehörige Quelle auch eine gesteuerte Quelle ist. Da die Durchflutung eine Differenzgröße ist, liegt sie (im Modell des Magnetkreises) auch nicht überall gleich vor. Vielmehr ist das Potential der Durchflutung an jedem Knotenpunkt anders. Durchflutung findet sich dort nur innerhalb der Bauelemente.

Was mich angeht, so sind die Unklarheiten geklärt. Ich danke Dir für die interessante Diskussion, in der ich einige Dinge über Transformatoren dazulernen durfte. Jetzt können wir denke ich darangehen, den Artikel aufzuwerten. Natürlich können wir weiterhin interessante Themen diskutieren.

Gruß, --Michael Lenz 04:36, 15. Mär. 2007 (CET)

Hallo Michael,

bis zu dem Satz "Die gesamte (abhängig) eingespeiste Durchflutung fällt über der Magnetflußquelle (was ist das?) ab." ist alles ok. Diesen Satz aber verstehe ich nicht. Die Beziehung $\Theta _{1}=\Theta _{Rmag}+\Theta _{2}=R_{mag}\cdot \Phi _{1}+\Theta _{2}$ sagt ja nichts anderes aus, als daß die Primärdurchflutung die Summe aus Magnetisierungsdurchflutung und der Sekundärdurchflutung ist, wobei das positive Vorzeichen von Θ2 besagt, daß der Strompfeil vom Sekundärstrom gegenüber dem im Ersatzschaltbild üblichen bereits umgedreht ist. Wenn beide Strompfeile, wie üblich, in den Trafo hinein zeigen, müßte Θ2 negativ eingesetzt werden.

Nachdem das mit den Vorzeichen und den Zählpfeilen nicht so anschaulich ist, zumindest wenn man nicht immer gleich ein Bildchen dazu malen kann, will ich es an Hand Deiner dann folgenden Betrachtung erklären:

Wenn Du, wie Du sagst, einen Integrationsweg wählst, der einige Leiter der Sekundärspule oder die ganze Spule umschließt, dann bekommst Du ein Feld H, das von der Sekundärdurchflutung erzeugt wird. Richtig. Wähle ich nun aber einen Weg, der z. B. dem Trafokern folgt, so geht dieser Weg um beide Spulen, primär und sekundär und da bekommst Du ein Feld, das wirklich nur von der Magnetisierungsdurchflutung erzeugt wird, weil sich der Anteil des Laststroms in Θ1last und Θ2 in der gesamten umschlossenen Fläche aufheben. I n einem Schnittbild durch den Trafo (Kern und Spulen) stellt sich das so dar, daß in der Primärspule der Laststrom so zu sagen in die Zeichenebene hineinfließt, während er bei der Sek. Spule aus der Zeichenebene herauskommt. Eine Integration um beide Spulen ergibt ein H=0 weil Θ1last und Θ2 gegengleich sind (Θmag mal vernachlässigt). H=0 ist also durchaus kein Widerspruch zu einem beliebig großen Laststrom, das hat auch nichts mit der Entfernung von der Spule zu tun (wobei H durchaus mit der Entfernung kleiner wird, weil der Integrationsweg länger wird, spielt aber hier keine Rolle), sondern damit, daß Du außer dem Magnetisierungsstrom keinen magnetfeldtreibenden Strom mehr hast. Um 2 gegensinnig gleich große Durchflutungen gibt es kein Magnetfeld! Da gibt es auch keinen Widerspruch zwischen Magnetfeldbetrachtung und Elektrodynamik. Wenn das so wäre, müßte man die Physikbücher umschreiben.

Natürlich haben die einzelnen Felder um die beiden einzelnen Spulen auch ihre Bedeutung. Sie gehen im wesentlichen nur durch Luft, entlang den Spulen und durch die Spulen. Am stärksten ist dieses Feld in dem Ringspalt zwischen den Spulen. Es ist das Feld, das den Streufluß verursacht. Deswegen ist der Streufluß auch ein reiner Luftfluß. Siehe auch mein erster Beitrag "Zurück zu den Grundlagen".

Was die Transformation der Ströme anbelangt, so bin ich vielleicht mißverstanden worden. Ich verstehe das immer nur so, daß dies für den Laststromanteil (steht auch so da!) im Primärstrom gilt. Daß der ges. Primärstrom immer die Summe aus Magnetisierungsstrom und transformiertem Laststrom ist, wird dabei vorausgesetzt und nicht immer extra erwähnt. Der Magnetisierungsstrom ist bei nicht konstantem µ oberwellenhaltig und entsprechend dann auch der ges. Primärstrom.

Deine Aussagen über die "sek. eingeprägte Durchflutung" kann ich nicht nachvollziehen. Nach meinem Verständnis ergeben sich folgende Kausalketten etwa so:

1. Für den Kern bzw. für die Spannungstransformation gilt: Eingeprägte primäre Spannung ergibt eingeprägten Fluß im Kern, dieser induziert gleichförmige Spannung wie primär in Sekundärspule. Eingeprägter Fluß im Kern zieht Magnetisierungsstrom nach sich, Kurvenform abhängig von µ.

2. Für die Spulen bzw. für die Stromtransformation gilt: Sekundäre Spannung und Lastwiderstand am Ausgang ergibt Sekundärstrom. Dessen Durchflutung zieht eine gegengleich große Primärdurchflutung nach sich nach dem dafür bestimmenden Kriterium: Magnetisierungsbedingungen im Kern dürfen von diesen Durchflutungen nicht gestört bzw. beeinflusst werden. (Θ1last + Θ2 =0) ansonsten Kollision im Kern mit primärer Flußeinprägung. Mit "Kollision im Kern" meine ich, um das an einem Analogon in der Elektrotechnik zu erklären: Du kannst einen Widerstand von z. B. 1 kOhm nicht an eine Spannung von 100 V legen und ihm gleichzeitig einen Strom von 0,2 A einprägen. Da muß einer nachgeben.

Der ges. Primärstrom ist die Summe aus Magnetisierungsstrom und transformiertem Laststrom.

Die Spannungs- u. die Stromtransformation dürfen, sie müssen sogar strikt getrennt betrachtet werden. Falls meine pädagogischen Fähigkeiten nun doch zu mangelhaft waren, ich befürchte es fast, kann ich noch auf einschlägige Literatur verweisen: Karl Küpfmüller, Einführung in die theoretische Elektrotechnik, Springer Verlag.

Der ganze Artikel über den Trafo gehört gründlich entrümpelt. Den Grundsätzen von Wikipedia folgend sollten am Anfang nur die einfachsten Prinzipien, wie oben zusammengefaßt, erklärt werden. Dazu ein einfaches Modell. Spannungs-, Strom- u. Widerstandstransformation mit 1 Beispiel. Differentiale und Integrale sollte man dabei vermeiden, wo immer geht. Wenn nicht möglich, dann immer auch mit Worten erklären, was das bedeutet. Dann Hinzunahme von Einfluß von Wicklungswiderständen und Streufluß. Dieser sollte aber nur bezüglich seiner pysikalischen Bedeutung (Luftfluß, der induktiven Spannungsabfall verursacht) und bezüglich der wichtigsten Einflußgrößen (Spulenform, Anordnung und Abstand etc.) erklärt werden. Was dann noch käme wären Ausführungsformen, aber da kann man auch eine Menge streichen (z. B. 400Hz Trafo etc.). Was hineingehört ist der Spartrafo mit der Formel für den Gewinn an Durchgangsleistung abhängig vom Übersetzungsverhältnis.(NT=ND - ND*Unterspannung/Oberspannung), auch der Ringkerntrafo (aber ohne das Gerücht, daß es da keinen Streufluß gibt) und die div. gängigen Kernformen. Den Übertrager würde ich ganz herausnehmen oder separat als Spezialfall betrachten. Dazu gehören dann die Gleichungen mit Gegeninduktivität und Koppelfaktor etc. Sie gelten allesamt nur für lineare Systeme (µ const) und beinhalten auch die Streuinduktivitäten, was aber m. E. für einen Wikipedia Artikel schon zu weit führt. Es würde reichen, wenn man die Linearisierung über Luftspalt und den Grund dafür (Vermeidung eines verzerrten Magnetisierungsstroms wegen seiner Rückwirkung auf die speisende Quelle) besprechen würde.

Was dazu noch fehlt, ist ein separater Artikel, der den magnetischen Kreis mit all seinen Größen (magnetische Spannung, Feld, Induktion, Fluß, magne#t. Widerstand bzw. Leitwert) mit den dazu gehörenden Ableitungen aus den korrespondierenden elektrischen Größen Spannung und Strom im Zusmmenhang beschreibt. So etwa wie wir das in einem der letzten Diskussionsbeiträge schon mal kurz runtergebrochen haben. Hier scheint auch bei Fachleuten ein großes Defizit vorzuliegen. Es ist nicht nachvollziehbar, daß dies jetzt lauter eigene Artikel sind, die die wichtigen Zusammenhänge vermissen lassen. (siehe Stichwort "Fluß" und "Induktion")

Mit freundlichem Gruß

--Elmil 21:34, 18. Mär. 2007 (CET)

Hallo Elmil,

zum Magnetfeld schlage ich vor, daß wir die Zusammenhänge anhand der ideal gekoppelten idealen Spulen inhaltlich etwa so beschreiben:

1. Die Primärspannung ist bei großem $\mu$ proportional zum B-Feld. Für konstantes $\mu$ ist die Primärspannung auch zum H-Feld proportional.
2. Der Primärstrom ist nur in Ausnahmefällen (nämlich bei Leerlauf und gutmütigem Material) proportional zum B-Feld. Wenn man über die Ströme auf das Magnetfeld kommen will, so muss man Primär- und Sekundärströme zugleich einrechnen. Die Wirkungen von Primär- und Sekundärströmen heben sich hinsichtlich des H-Feldes weitgehend auf. Darin besteht der Clou der Signal- und Energieübertragung.
3. Die funktionale Beziehung $B=f(U1)$ ist der Beziehung $B=f(I1,I2,\mu )$ wegen ihrer Unmittelbarkeit und Einfachheit in der einleitenden Beschreibung vorzuziehen.

Die Gleichungen

${u_{1}(t)}=N_{1}\cdot {{d\Phi } \over {dt}}\,$

${u_{2}(t)}=N_{2}\cdot {{d\Phi } \over {dt}}\,$

sind die Grundlage für die erste Darstellung. Die (etwas genaueren) Gleichungen

$u_{1}(t)=L_{1}\cdot {\frac {di_{1}(t)}{dt}}+M_{12}\cdot {\frac {di_{2}(t)}{dt}}\,$

$u_{2}(t)=L_{2}\cdot {\frac {di_{2}(t)}{dt}}+M_{21}\cdot {\frac {di_{1}(t)}{dt}}\,$

sind Grundlage der zweiten Darstellung bzw. Interpretation.

Ob ein primärseitig eingeprägter Trafostrom eine Wirkung auf das H-Feld hat, hängt davon ab, ob auf der Sekundärseite ein Strom fließen kann:

+ Wenn die Primärseite einen Strom führt und die Sekundärseite offen oder hochohmig ist, führt eine Erhöhung des Primärstroms zu einer Erhöhung von H. + Wenn die Primärseite einen Strom führt, und die sekundärseite kurzgeschlossen ist, führt eine Erhöhung des Primärstroms nicht zu einer Erhöhung von H, weil der Sekundärstrom die Wirkung des Primärstromes kompensiert.

Diese Begebenheit kann man leicht im Ersatzschaltbild nachvollziehen. Bei offener Sekundärseite fließt der gesamte Primärstrom I1 durch die Hauptinduktiviät. Bei kurzgeschlossener Sekundärseite fließt der meiste Strom über die Sekundärseite ab. Er hat somit keinen Einfluß auf die felderzeugende Hauptinduktivität.

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Meine Aussage über die sekundärseitig (abhängig) eingeprägte Durchflutung, die Du nicht verstehst, ist dieselbe Aussage, die Du selbst machst - bloß anders formuliert. Du sprichst von einem "magnetischen Widerstand" auf der Sekundärseite, ich hingegen von einer "gesteuerten magnetischen Spannungsquelle".

Der magnetische Widerstand auf der Sekundärseite macht genau das, was ich beschreibe: Er schaut sich an "Wie groß ist der magnetische Strom?" und prägt abhängig davon sekundärseitig eine magnetische Spannung ein. (Bei eingeprägtem Strom kann jeder Widerstand als eine gesteuerte Spannungsquelle aufgefaßt werden.)

Ich habe die Formulierung "abhängig eingeprägte Durchflutung" gewählt, um zu betonen, wo die Durchflutungsquelle sitzt (nämlich auf der Sekundärseite) und um allgemeine Bauelemente (z. B. eine el. Diode) sekundärseitig zuzulassen.

Ich komme ansonsten - dem Modell des Magnetkreises folgend und unter Anwendung des Maschensatzes - zu genau den Schlußfolgerungen, auf die Du so großen Wert legst: Für $R_{mag}\rightarrow 0$ gilt: An Primär- und Sekundärseite herrscht die gleiche magnetische Spannung. (Du formulierst das mit "Dessen Durchflutung zieht eine gegengleich große Primärdurchflutung nach sich").

Was die "Entrümpelung" angeht, so stimme ich Dir weitgehend zu. Vieles ist unnötig, und manches noch falsch.

Die Streuflüsse sind relativ schlecht beschrieben. Der mathematisch Trick $\mu _{r}\rightarrow \infty$ im Kern und $\mu _{r}\rightarrow 0$ im Kupfer und in der Luft, um Luftschlüsse zu verhindern, geht an der Sache vorbei. Dort gehört hin, wie man Streuflüsse vermindern kann, nicht, wie man sich mathematisch selbst austricksen kann.

Meiner Anschauung nach kann ich Streuflüsse insbesondere durch eng anliegende Wicklungen (z. B. dünne straff gezogene Drähte) verhindern. Der Luftspalt im Kern trägt nicht zu den Streuinduktivitäten bei, da die Feldlinien, die dort "auf Abwege" geraten, in der Regel trotzdem durch beide Wicklungen (Primär- und Sekundärseite) hindurchtreten und somit zur Kopplung beitragen. Daß die Feldlinien nicht immer auf dem direkten Weg wieder in den Kern stoßen, erhöht allenfalls den magnetischen Widerstand.

Der Magnetkreis gehört zur Beschreibung dazu, aber man sollte immer wissen, daß er z. T. stark vereinfacht. Es gibt schon einen Wiki-Beitrag "magnetischer Widerstand", der allerdings sehr kurz ist.

Die mathematische Beschreibung des Transformators inkl. Differentialgleichungen und Ersatzschaltbild sollte bleiben. Bei komplizierten Themen braucht Wikipedia nicht zu vereinfachen. Es lesen hier auch Studenten, teilweise Professoren. Die Beschreibung kann jedoch meinetwegen ziemlich weit unten kommen. Die Einleitung sollte etwas treffender formulieren, aber die Kenntnis des Magnetkreises nicht voraussetzen.

Gruß, --Michael Lenz 03:10, 23. Mär. 2007 (CET)

Strompfeile und Phasenbeziehungen

Hallo,

in sämtlichen Schaltbildern ist die Stromflußrichtung der Sekundärseite falsch herum eingezeichnet! Ich weiß nicht, wie man das ändern kann,vielleicht macht das mal jemand? Auf der englischen Wikipedia-Seite ist es richtig dargestellt.

Zur Phasenbeziehung: Im Primärkreis fließt bei Leerlauf der Magnetisierungsstrom, der zur Spannung um 90° versetzt ist. Unter Last passiert folgendes: Es fließt nun zusätzlich zum Magnetisierungsstrom ein Laststrom,der zum Magnetisierungsstrom um 90° versetzt ist. Dieser Laststrom der Primärseite ist grundsätzlich in Phase zum sekundären Laststrom,außer die Sekundärwicklung ist gegensinnig gewickelt (dann 180° phasenversetzt). Der *Gesamtstrom* auf der Primärseite ist unter Last komplex, also eine vektorielle Summe, da er sich aus den beiden Teilströmen,Magnetisierungsstrom und Laststrom zusammensetzt. Ist die Last klein,wird der Gesamtstrom (primär)von 90° nur wenig abweichen. Je größer die Last und damit der Laststrom wird,desto mehr nähert sich der Gesamtstrom (primär) an 0° Phasenverschiebung.

Clemens

Nur zum Thema Richtung der Strompfeile: Lässt sich leicht lösen: Einfach schreiben, dass es sich bei der Darstellung um den physikalischen und nicht technischen Stromfluss handelt. Gruß --JoBa2282 23:29, 27. Apr. 2007 (CEST)

Hi, Dann ist allerdings auf der Primärseite der technische und auf der Sekundärseite der physikalische Stromfluß dargestellt. Etwas ungewöhnlich. Ist es das was Du meinst?

Gruß C.

Hallo ihr zwei,

bitte hier nichts verwechseln: Die Strompfeile geben weder den physikalischen, noch den technischen Strom an. Das kann niemand wissen, denn nirgends steht, welches Vorzeichen die Spannungen haben! Klar sind nur die Wechselwirkungen der Bauelemente untereinander, und damit die Beziehungen der Größen untereinander. Bei den Pfeilen handelt es sich um sogenannte Zählpfeile.

• Zählpfeile:*

Zählpfeile sagen aus: "Wenn der zu dem Zählpfeil zugehörige Zahlenwert ein positives Zeichen hat, fließt der Strom in die angegebene Pfeilrichtung. Wenn der zu dem Zählpfeil gehörige Zahlenwert hingegen ein negatives Vorzeichen hat, fließt der technische Strom entgegen der Zählpfeilrichtung." Konventionsgemäß handelt es sich bei diesem Strom dann um technischen Strom (und bei Spannungen um die Richtung, in der das elektrische Potential abfällt).

Die Zählpfeile können grundsätzlich beliebig gewählt werden. Die Formeln werden den Zählpfeilen entsprechend angepaßt. Diese Art der Beschreibung ist in der Netzwerkbeschreibung sehr vorteilhaft. Denn in komplexeren Schaltungen ist es nicht mehr von vornherein klar, in welche Richtung ein bestimmter Strom fließt. Zählpfeile gehören zum Standardwissen in der Elektrotechnik (Strom, Spannung, Leistung) und dem Maschinenwesen (Kraft, Momente, Arbeit, Wärme etc.)

• Zählpfeilsysteme:

Gegeben sei ein Zweipol (Schaltung mit zwei Anschlüssen). Die Spannung U über dem Bauelement und der Strom I in dem Bauelement seien mit Pfeilen gekennzeichnet, und die Pfeile seien mit U und I beschriftet.

Wenn über dem Bauelement Strom- und Spannungszählpfeile in dieselbe Richtung zeigen, heißt das System aus beiden Pfeilen "Verbraucherzählpfeilsystem". U*I ist dann die vom Zweipol verbrauchte (d. h. dem restlichen Netz entnommene) Leistung.

Wenn über dem Bauelement Strom- und Spannungszählpfeile in die entgegengesetzte Richtung zeigen, heißt das System aus beiden Pfeilen "Erzeugerzählpfeilsystem". U*I ist dann die vom Zweipol erzeugte (d. h. dem Netz zugeführte) Leistung.

Mit diesem Wissen kann man auch in komplexen Schaltkreisen zweifelsfrei bestimmen, welches Bauelement Energie aufnimmt, und welches Bauelement Energie abgibt. Nicht jede Quelle gibt bekanntlich Energie ab. Man denke nur an ein Akku, das gerade geladen wird.

Aber zurück zum Thema: Was Euch stört ist die Tatsache, daß beide Eingänge des Transormators im Verbraucherzählpfeilsystem geschrieben sind, obwohl natürlich eine Trafoseite die Energie abgeben muß. Wenn Ihr genau lest, seht ihr aber, daß die Vorzeichen der Formeln entsprechend angepaßt sind. Es ergibt sich sowas wie: U1*I1 = -U2*I2. Eine der Transformatorseiten nimmt Energie auf, die andere gibt sie ab. Welche Seite Energie aufnimmt, und welche Seite sie abgibt, kann aus den Formeln nicht hervorgehen. Das hängt nämlich von der Beschaltung ab, die hier nicht vorgegeben wurde.

Ursprünglich hat man bei Transformatoren die Primärseite im Verbraucherzählpfeilsystem aufgeschrieben und die Sekundärseite im Erzeugerzählpfeilsystem (wie von Euch gefordert) . Mittlerweile empfehlen die einschlägigen Gremien (ich vermute VDE, DIN o. ä.) angeblich eine einheitliche Bepfeilung im Verbraucherzählpfeilsystem. Daher habe ich diese nicht ganz intuitive Beschriftung so vorgenommen.

Gruß, --Michael Lenz 21:34, 1. Mai 2007 (CEST)