Welcher Transformator erfüllt welche Funktion?

Sie benötigen einen Transformator? Vor dem Kauf kann es hilfreich sein, etwas über diese Bauelemente zu verstehen. Sie sind vielseitig, flexibel, außerordentlich nützlich und gehören zu den gebräuchlichsten Komponenten in allen Technikbereichen.

Was sind Transformatoren?

Transformatoren gehören zu den Grundelementen aller Elektronikgeräte. Mit ihrer Hilfe können elektrische Geräte und andere Technologien mit unterschiedlichen Spannungsanforderungen mit der gleichen Spannungsquelle betrieben werden. Sie transformieren diese Spannung passend für die technischen Daten des Geräts, das an das Stromnetz angeschlossen ist, aufwärts oder abwärts. Diese Bauelemente sind überall zu finden, Adaptern für Router und andere Produkte, bis zu den Trafos, in Form großer Zylinder an der Seite Strommasten. Es gibt viele verschiedene Arten von Transformatoren auf dem Markt, jeder mit seinem eigenen speziellen Zweck und eigenen Funktionen.

In technischer Hinsicht nutzt ein Transformator induktive Prinzipien, um Energie in Form von Elektrizität zu übertragen. Dies geschieht über die Wicklungen des Transformators, seine wichtigsten Teile.

Geschichte des Transformators

Mehrere Personen spielten bedeutende Rollen in der Entwicklung des Transformators. Der Großteil dieser Entwicklung fand um die Mitte bis Ende des 19. Jahrhunderts statt, eine Ära, in der in der Welt der Elektrizität viele Erfindungen gemacht wurden. Der erste für den kommerziellen Einsatz geeignete Transformator wurde 1886 von William Stanley entwickelt, der für Westinghouse, den Hauptrivalen von Edison, arbeitete. Seit der Erfindung dieses ersten gewerblichen Transformators ist er zu einer sehr wichtigen Komponente in den meisten elektrischen Anwendungen geworden. Stanley schuf nicht nur einen Transformator, der sich für den kommerziellen Einsatz eignete, sondern machte ihn auch für die Massenproduktion geeignet.

Transformatoren arbeiten nach einem Induktion genannten Prinzip. Dieses wurde in den 1830ern von zwei Männern entdeckt, Michael Faraday und Joseph Henry. Faradays Namen kennen Sie vielleicht als Messgröße in der Elektronikanalyse. Er war eine bedeutende Persönlichkeit in der wissenschaftlichen Forschung, die zum modernen „elektrifizierten“ Zeitalter führte.

Heute gehören Transformatoren zu den gebräuchlichsten elektrischen Betriebsmitteln weltweit. Sie können groß oder klein sein, den Spannungsbedarf einer Vielzahl verschiedener Geräte und Technologien bereitstellen und sind sehr günstig in der Herstellung. Sie gehören zu den wichtigsten Elementen der Elektrotechnik weltweit und wurden seit ihrer Markteinführung ständig verbessert und weiterentwickelt.

Einsatzbereiche von Transformatoren

Da sie keine neue Technik und so weitverbreitet sind, erkennt man nicht unbedingt, wie erstaunlich Transformatoren wirklich sind. Sie können Spannung hoch- und heruntertransformieren, Strom erhöhen oder verringern und elektrische Energie auf vielerlei Weise verändern. Ihre ungeheure Leistungskraft lässt sich einfacher anhand einer Analogie erklären.

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Fahrzeug, das die gesamte verfügbare Leistung bedarfsabhängig erhöhen oder verringern kann, einfach, weil ein sehr günstiges, einfach herzustellendes Teil am Motor angeschlossen ist. Sie fahren auf ebener, gerader Strecke? Reduzieren Sie die Leistung und sparen Sie Benzin. Sie fahren bergauf? Verwandeln Sie es in ein Fahrzeug mit der Leistung einer Zugmaschine. So kann man sich die Funktionsweise eines Transformators vorstellen.

Transformatoren sind gewöhnlich in den Geräten und Produkten, die sie nutzen, nicht zu sehen. Würden Sie zum Beispiel das Netzteil Ihres Computers auseinandernehmen, fänden Sie dort einen Transformator. Der Transformator nimmt den 220-Volt-Netzstrom aus der Wandsteckdose und transformiert ihn herunter, bis die Anschlüsse die 12 V und 5 V Spannung liefern, die der Computer zur Funktion benötigt.

Wenn Sie sich Netzadapter ansehen, finden Sie bei den meisten einen Transformator unter dem Gehäuse, das in die Wand gesteckt wird. In vielen Elektrogeräten befindet sich der Transformator im eigentlichen Gerätegehäuse.

Transformatoren dienen ebenfalls dazu, die Spannung für Geräte herunter zu transformieren, die in einem Land gekauft und in einem anderen benutzt werden. Kaufen Sie zum Beispiel einen elektrischen Rasierer in den USA, ist er für den Betrieb mit 120 V, der Standardnetzspannung in den USA, ausgelegt. Beim Gebrauch in Europa mit einer Netzspannung von 220 V muss die Spannung mit einem Transformator auf 120 V heruntertransformiert werden.

Grundprinzip des Transformators

Ein Transformator arbeitet nach dem Induktionsprinzip. Dies ist eines der leichter zu verstehenden elektrischen Konzepte. Wenn ein Strom durch die Primärwicklung eines Transformators fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld geht dann durch den Kern und induziert Spannung und elektrischen Strom in der Sekundärwicklung. Das Prinzip ist sehr einfach, und die tatsächliche Höhe der in der Sekundärwicklung erzeugten Spannung kann über das faradaysche Gesetz ermittelt werden.

Dieses einfache Prinzip ermöglicht uns, das Licht einzuschalten, Computer zu betreiben, Brot zu toasten und all die anderen Dinge zu machen, die mit dem Wechselstromnetz in Häusern möglich sind. Dabei wird immer mit der gleichen Netzspannung begonnen und diese dann nach Bedarf heruntertransformiert.

Nach welchen Parametern werden Transformatoren eingestuft?

Zur Einstufung von Transformatoren dienen verschiedene Parameter. Hierzu gehören:

• Betriebsart: möglich sind Betrieb mit wechselnder Belastung, Aussetzbetrieb, periodischer Betrieb, Kurzzeitbetrieb und Dauerbetrieb
• Kühlart: Fremdbelüftung (Zwangskühlung), Flüssigkeitsfüllung, Druckölkühlung, Wasserkühlung, Trockenkühlung und Selbstkühlung
• Spannungsklasse
• Schaltungsanwendung: die Aufgabe des Transformators im Schaltkreis, wie Anpassung von Impedanz, Spannung, Trennung usw.
• Bezeichnung von Transformatoren mit konstantem Potenzial: dies beschreibt, ob der Transformator ein Aufspann-, Abspann- oder Trenntransformator ist
• Wicklungskonfiguration: Es gibt mehrere verschiedene Wicklungskonfigurationen, darunter Stern, Dreieck, Zickzack u.a.
• Gleichrichter-Phasenschieber-Wicklungskonfiguration: hierzu gehören n-Wicklung, 6-Puls, 12-Puls
• Nutzung: der eigentliche Zweck eines Transformators
• Belastbarkeit: Transformatoren können mit den verschiedenen erhältlichen Ausführungen einen enormen Leistungsbereich abdecken
• Magnetische Grundform: beschreibt, wie Magnetismus gehandhabt wird, darunter Mantel- und Kernmagnetformen

Arten von Transformatoren:

• Audiotransformatoren: Diese Transformatoren sind in Lautsprechern und anderen Audiogeräten zu finden.
• Spartransformatoren: Transformatoren, die mit einer gemeinsamen Wicklung für die Primär- und Sekundärseite aufgebaut sind, mit weitreichenden Anwendungsmöglichkeiten
• Transformatoren zur Chassismontage: Transformatoren mit Montagevorrichtung zur Befestigung an einem Chassis (Einschub).
• Symmetrierübertrager in Chipform (Balun): Eine Art von Impedanzwandler, der in der Elektronik eingesetzt wird. Er wandelt symmetrische Lasten in asymmetrische Lasten um.
• Spulenkörper: Kleintransformatoren, die sich einfach in Elektronikgeräten einbauen lassen und weit verbreitet sind.
• Stromwandler: Transformatoren, die den Strom in einem Stromkreis ändern und immer dann eingesetzt werden, wenn etwas auf- oder abgespannt werden muss, häufig in Messgeräten und Relais.
• Transformatoren zur DIN-Schienen- und Schaltschrankmontage: Ein Montagesystem, das für viele verschiedene Transformatoren verwendet wird.
• LAN Ethernet-Übertrager: Dienen zur Übertragung von Daten nach Ethernet-Norm über Kupferkabel.
• Beleuchtungstransformatoren: Dies sind in der Regel Streufeldtransformatoren, die in Neonleuchten den Strom begrenzen und Überlast verhindern.
• PCB-Transformatoren: Transformatoren, die zum Auflöten direkt auf die Leiterplatte vorgesehen sind.
• Sicherheitstransformatoren: Diese Geräte werden häufig auf Baustellen im Bauwesen eingesetzt und transformieren die Spannung auf sichere Niveaus zur Verwendung mit Elektrowerkzeugen und anderen Geräten herunter.
• Transformatoren für Schaltnetzteile: Eine sehr effiziente Form von Transformator, die in Geräten wie PCs eingesetzt werden.
• Transformatoren für die Nachrichtentechnik: Hierzu gehören Signalübertrager, eine Art von Impulsübertrager, die in der Telekommunikationsindustrie eingesetzt werden.
• Ringkerntransformatoren: Ein ringförmiger Transformatoraufbau, der wegen seiner kompakten Größe und Funktion mit einem reduzierten Magnetfeld genutzt wird.

Was sind Transformator-Ferritkerne ?

Einige Transformatoren besitzen Ferritkerne. Diese dienen zur Übertragung des magnetischen Flusses im Transformator. Sie sind im Vergleich zu geblechten Eisenkernen teurer und weniger gebräuchlich.

Diese Geräte sind gängige Teile in Schaltnetzteilen. Ferrit liegt in Pulverform vor, sodass der Transformator mit sehr hohen Frequenzen arbeiten kann. Die Geräte können ebenfalls ein hohes Maß an Leistung verarbeiten, ohne enorme Größenzunahme.

Was sind Baluns für Übertragungsleitungen?

Balun ist eine Kombinationsform aus den englischen Begriffen „BALanced“ und „UNbalanced“. Dies bezieht sich auf die Funktion dieser Bauteile zur Wandlung zwischen einem symmetrischen Signal und einem asymmetrischen Signal. Daher werden sie im Deutschen auch als Symmetrierglieder bezeichnet. Diese Geräte sind sehr vielseitig in ihrem Einsatz und sind in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zu finden, darunter in Übertragungsleitungen.

Baluns in Übertragungsleitungen sind sehr einfach und bestehen häufig nur aus einigen Wicklungen aus Koaxialkabel. Sie funktionieren mit einer Vielzahl von Materialien und werden manchmal ohne, mal mit magnetischem Material, verwendet. Diese Bauelemente haben häufig Ferritkerne, aber sie gehören zu den einfachsten aller verwendeten Transformatoren.

Was ist ein Variac?

Die Bezeichnung Variac wurde zum ersten Mal 1934 als Warenzeichen eingetragen – damals von General Radio – aber dieser Schutz lief im Jahre 2002 aus. Sie wurde seitdem von Instrument Service Equipment übernommen und gehört gegenwärtig zu ihren Warenzeichen. Ein Variac ist einfach ein Stell- oder Regeltransformator. Dies sind typische Spartransformator-Kkonstruktionen, die zur Veränderung der Ausgangsspannung verwendet werden. Sie arbeiten mit einer konstanten Wechselspannung.

Es ist eine sehr gebräuchliche Art von Transformator, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird. Sie werden in allen Bereichen von fortschrittlichen Prüfanwendungen bis zu einfachen Dimmerschaltern für Lampen verwendet.

Die Leistungsfähigkeit dieser Bauelemente besteht darin, dass die Windungszahl der Spule variiert werden kann. Dies bedeutet, dass die Ausgangsspannung nach Bedarf geändert werden kann. Mit diesen Geräten kann der Benutzer die Ausgangsspannung sehr präzise ändern, sodass sie außerordentlich flexibel und nützlich sind.

Variac-Bürsten

Diese gehören zu den Komponenten in Stelltransformatoren und definieren ihre Flexibilität. Die Ausgangsspannung wird durch die Gesamtfläche der Bürste bestimmt, die mit den Wicklungen in Kontakt ist. Diese Bürsten können sehr präzise eingestellt werden, daher sind Variacs ausgezeichnet zur Feinregelung der Ausgangsspannung geeignet.

Variac-Steckverbinder

Variacs werden für eine so breite Palette an Anwendungen eingesetzt, dass viele verschiedene Arten von Steckverbindern für sie erhältlich sind. Einige schließen Schalter ein, die externes Ein- und Ausschalten erleichtern, andere sind einfachere Geräte, bei denen Draht um einen Bolzen gewickelt und dann mit einem Daumensteg befestigt werden kann.

Variacs werden in Hobbyanwendungen als regelbare Spannungsversorgungen verwendet, daher sind einige Steckverbinder auch für diesen Zweck konzipiert. Es gibt Variac-Transformatoren, die mit Standardnetzsteckern geliefert und häufig zum Arbeiten mit Elektro- und Elektronikgeräten verwendet werden, die mit der normalen Netzspannung nicht funktionieren und einen extern angeschlossenen Transformator benötigen, um sie vor Überlast zu schützen.

Variac-Skalen

. Diese Einstellungen erfolgen mithilfe einer Skala, die die Ausgangsspannung anzeigt. Sie variieren in ihrer Größe je nach Gerät. Der Benutzer kann den Regler am Gerät auf höhere oder niedrigere Spannungen drehen, wodurch die Fläche der Bürste, die mit den Wicklungen in Kontakt ist geändert wird.

Viele dieser Skalen sind mit Teilstrichen versehen, sodass der Ausgang des Variacs an das betriebene Gerät angepasst werden kann. Wenn Sie zum Beispiel ein altes elektronisches Gerät haben, das eine Spannung von 60 V benötigt und es mit der 220-V-Netzspannung betreiben möchten, könnten Sie den Ausgang mit der Skala am Variac präzise einstellen, den Ausgangswert mit einem Voltmeter bestätigen und danach das Gerät einstecken. Es erhält die richtige Spannung und ist vor Schaden geschützt.

Variac-Regler

Die meisten Variacs werden über einen einfachen Drehregler in der Skala eingestellt. Der Drehregler ist normalerweise mit einem Pfeil versehen, durch den der Benutzer jederzeit weiß, welcher Spannungswert eingestellt ist.

Zum Drehen des Reglers muss der Benutzer den Widerstand der Bürsten im Gerät überwinden, dies erleichtert jedoch auch präzise Einstellungen. Diese Regler sind selbstverständlich aus Materialien, die den Benutzer vor elektrischem Schlag schützen und für sichere Benutzung der Geräte sorgen.

Abhängig von der Größe des Geräts kann auch die Größe des Drehreglers erheblich variieren. Stelltransformatoren, die für Hobby- und Haushaltsanwendungen verwendet werden, sind in der Regel so aufgebaut, dass der Regler leicht von Hand gedreht werden kann. Kleinere Geräte haben ggf. weniger komfortable Regler für die Spannungseinstellung, insbesondere, wenn sie dafür bestimmt sind, fest eingebaut zu werden und im jeweiligen Gerät verbleiben, sobald die richtige Ausgangsspannung erreicht ist.