Transformatoren

Das Prinzip des Transformators beruht auf der elektromagnetischen Induktion, die auch die Grundlage der Stromerzeugung in Generatoren ist.

Ein Transformator besteht im Wesentlichen aus einem lamellierten Weicheisenkern und zwei isolierten Spulenwicklungen, der Primär- und der Sekundärspule. Wird an die Primärspule die Primärwechselspannung U1 angelegt, so fließt im Primärkreis ein Wechselstrom.

Dieser Wechselstrom führt zu einem magnetischen Wechselfeld im Eisenkern, das auch die Sekundärspule durchsetzt. Durch dieses magnetische Wechselfeld wird in der Sekundärspule die Sekundärwechselspannung U2 induziert.

Wenn die Windungszahl N1 der Primärspule gleich groß ist wie die Windungszahl N2 der Sekundärspule, so ist die Sekundärspannung U2 gleich groß wie die Primärspannung U1.
In der Regel haben die Spulen auf der Primär- und der Sekundärseite von Transformatoren aber unterschiedliche Windungszahlen. Dadurch wird es möglich, die elektrische Spannung nahezu beliebig zu verändern.

Besitzt die Sekundärspule die doppelte Windungszahl wie die Primärspule, so ist auch die Sekundärspannung doppelt so groß wie die Primärspannung. Die Primärspannung wird in diesem Fall auf den doppelten Wert hinauftransformiert. Umgekehrt wird die Primärspannung auf die Hälfte heruntertransformiert, wenn die Sekundärwindungszahl halb so groß ist wie die Primärwindungszahl.

Die dem Transformator auf der Primärseite zugeführte Leistung kann auf der Sekundärseite abzüglich der Verluste wieder entnommen werden. Verluste werden durch Erwärmung der Drahtwicklungen, Magnetisierungsverluste im Eisenkern bzw. durch Bildung so genannter Wirbelströme hervorgerufen.

Daher müssen Transformatoren gekühlt werden, was in vielen Fällen durch zirkulierendes Öl im Inneren des Transformators erfolgt. Die Magnetisierungsverluste können durch geeignet gewählte Bleche reduziert werden, und zur Vermeidung von Wirbelströmen werden die Eisenkerne der Transformatoren aus vielen etwa 1/4 mm dünnen Eisenblechen zusammengestellt, die gegenseitig isoliert sind. Transformatoren arbeiten mit sehr hohen Wirkungsgraden von mehr als 99 %.

Transformatoren werden heute von kleinsten Einphasentypen im Wattbereich bis zu Leistungen von derzeit ca. 1 500 MVA in einer Einheit gebaut. Kleintransformatoren werden in großer Stückzahl zur Versorgung von Steuer- und Regelgeräten eingesetzt und besitzen oft eine für mehrere Spannungsstufen ausgelegte Sekundärwicklung.
Verteiler- und Netztransformatoren im Leistungsbereich zwischen 50 kVA bis 2,5 MVA dienen der Endversorgung der Verbraucher bei 230/400 V aus dem Mittelspannungsnetz.

Drosselspulen hingegen haben einen trafoähnlichen Aufbau, besitzen aber nur eine Wicklung pro Phase. Sie werden als Kompensationsdrosselspulen zum Ausgleich der kapazitiven Netzbelastung durch Hochspannungsleitungen verwendet.

• Einphasentransformatoren
  
  Bei den Einphasentransformatoren wird zwischen so genannten Kern- und Manteltransformatoren unterschieden. Der von den Wicklungen zylinderförmig umgebene Teil des Eisenkörpers heißt Schenkel, Säule oder Kern, der äußere Teil Joch.
  
  Beim Einphasenkerntransformator sitzt auf jedem Schenkel eine Wicklung. Der Eisenquerschnitt ist überall gleich. Beim Einphasenmanteltransformator befindet sich die gesamte Wicklung auf dem Mittelschenkel.
  
  Drehstrombank nennt man die Zusammenschaltung von drei Einphasentransformatoren.
  
  
• Drehstromkerntransformatoren
  
  Beim Drehstromkerntransformator liegen alle drei Schenkel in einer Ebene und bilden eine Einheit. Auf jedem der drei Schenkel sitzt jeweils die Primär- und die dazugehörige Sekundärwicklung.
  
  Bei kleineren Transformatoren ist der Schenkelquerschnitt des Eisenkörpers rechteckig. Bei allen größeren Typen jedoch wird durch unterschiedliche Abstufung der Blechbreiten der Eisenquerschnitt möglichst der Kreisform angepasst.
  
  
• Wandertransformatoren
  
  Wandertransformatoren gestatten durch Anpassung ihrer Abmessungen an das Bahnprofil einen Transport in praktisch betriebsbereitem Zustand. Bei diesen Einheiten mit Leistungen bis ca. 40 MVA besteht daher die Möglichkeit eines raschen Wechselsdes Einsatzortes.