Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-03)
1 Wie sieht er aus?
Ein Transformator besteht in der Regel aus einem Eisenkern, um den zwei oder mehr Spulen gewickelt sind. Von außen sieht man ein meist quaderförmiges Gehäuse mit herausgeführten Anschlussklemmen oder Leitungen. Kleine Printtrafos sitzen direkt auf Leiterplatten, größere Netztrafos sind in Kunststoff oder Metall gekapselt. In Hochspannungstechnik treten sehr große, ölgekühlte Transformatoren mit Kühlrippen oder Radiatoren auf.
Hochspannungstrafo
Der Trafo steht in Keitum aus Sylt. Er transformiert Hochspannung (110 kV), die von Land über ein Seekabel ankommt, auf Mittelspannung (20 kV), die dann über die Insel verteilt wird. Im Bild von links nach rechts: der Ausgleichsbehälter für das Öl (Konservator), die Hochspannungsanschlüsse mit Isolatoren (Primärseite), vorne (weiß) die Mittelspannungskabel (Sekundärseite), außen Blechpakete/Radiatoren als Teil des Ölkreislaufes zur Wärmeabfuhr.
2 Was kann er?
Ein Transformator wandelt Wechselspannungen in andere Wechselspannungen um, ohne eine elektrische/galvanische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärkreis herzustellen. Transformatoren können folgende Funktionen erfüllen:
- Spannungen herauf- oder herabtransformieren (z. B. 400 V → 20 kV, 230 V → 12 V),
- galvanische Trennung zwischen Stromkreisen gewährleisten (Trenntrafo),
- Ströme und Spannungen an die benötigten Lastverhältnisse anpassen (im Netzteil).
3 Wie funktioniert er?
Das Funktionsprinzip beruht auf der elektromagnetischen Induktion:
- Durch die Primärspule fließt ein Wechselstrom, der im Eisenkern ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt.
- Dieses Magnetfeld durchsetzt die Sekundärspule, die um denselben Eisenkern gewickelt ist, und induziert dort eine Spannung.
- Das Übersetzungsverhältnis der Spannungen ergibt sich aus dem Verhältnis der Windungszahlen.
4 Wie sieht er von innen aus?
Im Inneren finden sich:
- Eisenkern: meist aus dünnen, geschichteten Blechen (Laminierungen), um Wirbelströme und Verluste zu verringern.
- Primärwicklung: Kupferdraht, direkt an die Eingangsspannung angeschlossen.
- Sekundärwicklung: Kupferdraht, liefert die Ausgangsspannung.
- Isolationsmaterial: schützt die Wicklungen gegeneinander und gegen den Kern.
Bei Leistungstransformatoren kommen zusätzlich Kühlung (Öl, Lüfter) und Schutzmechanismen (Buchholz-Relais, Temperaturfühler) hinzu.
5 Welche Rolle spielt er in der Lehre?
Der Transformator ist ein zentrales Beispiel für das Induktionsgesetz und das Zusammenspiel von Magnetismus und Elektrizität. Er verdeutlicht, wie elektrische Energie verlustarm über große Distanzen übertragen werden kann (durch Hochspannung) und für verschiedene Anwendungen angepasst wird (Netzteil). Im Labor lernen Studierende den Zusammenhang zwischen Windungszahl, Spannung, Strom und Leistung praktisch nachzuvollziehen. Der Trenntrafo reduziert das Risiko von Elektrounfällen im Labor.
6 Welche Rolle spielt sie in der Praxis?
Transformatoren sind in fast allen Bereichen der Elektrotechnik unverzichtbar:
- Energieversorgung: Hochspannungs- und Ortsnetztransformatoren für Stromnetze.
- Geräteversorgung: Netztrafos in Ladegeräten, Audioverstärkern, Haushaltsgeräten.
- Signalübertragung: kleine Übertrager in Mess- und Kommunikationstechnik.
- Sicherheit: Trenntransformatoren für galvanische Trennung in Laboren und Werkstätten.
Symbolik
- Kennbuchstabe in Schaltplänen: T
- Symbol: zwei Spulen mit gemeinsamem Eisenkern (Strich oder Balken).
Die Markierung an den Anschlüssen (Kringel) ist nicht standardisiert. Hier gehört sie zur Darstellung in iCircuit.
Berechnungen
In den ET-Grundlagen werden keine Berechnungen zum Trafo angestellt.
In der Wechselspannungstechnik geht es dann u. a. um diese Berechnungen: