Ph 10

Umwelt und Technik

Trafo - Besonderheiten

Der Sekundärstrom bestimmt den Primärstrom

Schließt man eine Spule ohne Eisenkern an eine Wechselspannungsquelle, so fließt je nach Bauart der Spule ein deutlich messbarer Strom. Bringt man einen Eisenkern in die Spule, so wird - bei sonst gleichen Bedingungen - der Strom deutlich kleiner. Sorgt man dafür, dass die Magnetfeldlinien in einem geschlossenen "Eisenkreis" laufen können, so wird der Strom nochmals kleiner. Fazit: Beim unbelasteten Transformator ist der Primärstrom sehr klein. Schließt man nun auf der Sekundärseite einen Verbraucher an, so steigt der Primärstrom an und zwar umso mehr je höher der Strom auf der Sekundärseite ist.

Auf den ersten Blick könnte man meinen, auf der Primärseite müsste immer der gleiche Strom fließen, da die Primärspannung und die Primärspule stets gleich geblieben sind. Offenbar hat der Eisenschluss und die sekundärseitige Belastung jedoch einen großen Einfluss auf den Primärstrom.

Unbelasteter Trafo mit zunehmendem Eisenschluss:
Der Wechselstrom, der durch die Primärspule fließt, ruft ein wechselndes Magnetfeld hervor. Dieses magnetische Wechselfeld ist die Ursache für eine Induktionsspannung U_ip, die - nach Lenz - ihre Ursache zu hemmen sucht. Somit ist U_ip der angelegten Primärspannung U_p entgegengerichtet. Die effektiv wirkende Spannung ist dann U_p - U_ip, sie ist letztlich für den Primärstrom verantwortlich.
Bringt man in die Spule einen Eisenkern oder stellt man gar einen vollkommenen Eisenschluss her, so wächst die Magnetfeldänderung und damit auch die induzierte Spannung. Die effektiv wirkende Spannung geht im Idealfall gegen Null und mit ihr auch der Primärstrom.

Belasteter Trafo:
Ist der Transformator sekundärseitig belastet, so bewirkt der Sekundärstrom im Eisen ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld. Nach dem Gesetz von Lenz muss die durch den Sekundärstrom verursachte Magnetfeldänderung derjenigen die durch den Primärstrom verursacht wird, entgegengerichtet sein. Die effektive Magnetfeldänderung ist bei Belastung somit in der Primärspule geringer als im unbelasteten Fall. Dadurch ist auch U_ip kleiner und somit die effektive Spannung im Primärkreis größer. Als Folge davon wächst der Primärstrom.

Merke also:

Trafobleche

Das sich ändernde Magnetfeld bewirkt auch im Eisenkern Induktionsströme (sogenannte Wirbelströme). Diese erwärmen den Eisenkern, was einen Energieverlust bedeutet. Darüber hinaus ist das Magnetfeld der Wirbelströme wiederum dem ursprünglichen Feld entgegengerichtet, was eine geringere Spannung in der Sekundärspule zur Folge hat. Damit sich die Wirbelströme nicht so gut ausbilden können, verwendet man bei Trafos keine massiven Eisenkerne, sondern viele Eisenbleche (Trafobleche), die durch Lackschichten voneinander isoliert sind.