Transformator Aufbau

Ein Trafo besteht aus einem magnetischen Kreis, dieser wird als Kern bezeichnet. Der Kern besitzt zwei Strom durchfließende Wicklungen, die sogenannte Primärwicklung und die Sekundärwicklung. Wird an die Primärwicklung eine elektrische Wechselspannung angelegt, dann beginnt ein Wechselstrom durch die Primärwicklung zu fließen. Dieser Wechselstrom erzeugt in der Wicklung ein magnetisches Feld, welches seine Stärke und Frequenz mit der Wechselstromquelle ändert. Der magnetische Fluss des Trafo ändert sich mit der Frequenz der Wechselspannung.

Ein realer Transformator besteht im Wesentlichen aus zwei oder mehreren Spulen sowie einem gemeinsamen Eisenkern. Die Wicklungen eines Trafo sind in der Regel aus isoliertem Kupferdraht angefertigt und befinden sich aufgewickelt auf dem Eisenkern.

An der Primärwicklung des Transformators wird die Eingangsspannung angelegt. Deswegen wird die Spule an der Primärseite oft Primärspule genannt. Durch die Wechselspannung an der Primärspule entsteht aufgrund von Induktivität ein wechselndes Magnetfeld. Der magnetische Fluss durchdringt die Sekundärspule mit Hilfe des Eisenkerns. An der Sekundärseite des Transformators kann somit die Ausgangsspannung entnommen werden. Entsprechend der Primärseite wird die Spule an Sekundärseite, Sekundärspule genannt. Das Wicklungsverhältnis der Primär- und Sekundärspule definiert, ob die Ausgangsspannung kleiner oder größer ist als die Eingangsspannung. Ist die Windungszahl der Sekundärspule größer als die der Primärspule, so ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung. Wenn jedoch die Windungsanzahl der Sekundärspule geringer ist, dann ist die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Besitzen beide Spulen gleich viele Windungen mit Draht umwickelt, dann entspricht die Ausgangsspannung der Eingangsspannung. Ein Transformator funktioniert hauptsächlich mit Wechselspannung. Entscheidend für die Veränderung der Leistung bzw. Spannung oder Stromstärke ist das Verhältnis der Windungszahlen. Es ist wichtig zu beachten, dass der Transformator dabei entweder die Spannung oder die Stromstärke erhöhen oder mindern kann. Der jeweilige Gegenspieler wird sich dann im gleichen Maße mindern oder erhöhen.

Neben den Spulen ist der Eisenkern ein wichtiger Bestandteil eines Transformators. Ein Eisenkern besteht oft aus Eisenpulver, Ferrit oder Silizium-Stahl-Legierungen. Auf den Eisenkern sind die Spulen mit Draht aufgewickelt, um zwischen ihnen eine magnetische Verbindung herzustellen. Viele Transformatoren unterliegen ebenfalls einer Kühlung. Gekühlt werden Transformatoren in und durch ein Ölbad. Das Öl ist neben der Kühlung gleichzeitig als Isolator zu betrachten und isoliert dabei besser als Luft. Zusätzlich können bei sehr hohen Leistungen und oder Netzspannungen zusätzliche Kühlsysteme installiert werden.

Die Fertigungstechnik für den Kern und die verwendete Qualität des Trafokerns wirkt sich auf den magnetischen Kreis aus. Der magnetische Kreis eines Trafo (Magnetfeld) sollte idealerweise geringe Wirbelstromverluste erzeugen und geringe Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) besitzen. Ein weiterer Aspekt sind die Widerstände in der Wicklung eines Trafo. Nur mit lagenweise und geordneten Windungen auf der Primärspule und der Sekundärspule und dem besten Wicklungsmetall kann man die Wicklungsverluste reduzieren. Mit Anzahl der Windungen auf der Spule wird die Spannung geregelt. Die Stromstärke bestimmt den Durchmesser des Wicklungsmetalls.
Die Bauleistung eines Trafo wird in VA oder kVA ausgedrückt (VA ist die Bezeichnung für Voltampère und steht für die Maßeinheit der elektrischen Scheinleistung, kVA für Kilovoltampère).

Kupfer hat bis auf Silber den besten Leitwert mit γ = 56. Aluminium dagegen hat nur γ = 36. Aluminium folgt also mit etwa 35 Prozent Abstand. So ist Kupfer das beste Metall und Aluminium «nur» das zweitbeste der technisch und wirtschaftlich verwertbaren Leiterwerkstoffe für die elektrische Energie. Alle anderen Metalle kommen als Stromleiter nicht in Betracht, und Legierungen haben generell eine erheblich niedrigere Leitfähigkeit als reine Metalle. Silber oder Gold scheiden wegen des hohen Preises ganz aus.