ELEKTRONIK-TUTORIAL 17: Transformatoren, Übertrager

Summary

Dieses Video erklärt die Funktionsweise und Bedeutung von Transformatoren in der Elektrizitätsübertragung. Es wird gezeigt, wie Transformatoren Wechselspannungen in höhere oder niedrigere Werte umwandeln und so den effizienten Transport elektrischer Energie über weite Strecken ermöglichen. Historische Hintergründe zu Erfindern wie Thomas Edison, George Westinghouse und Nikola Tesla verdeutlichen die Entwicklung von Wechselstrom und Transformatoren. Zudem werden verschiedene Typen von Transformatoren, ihre Anwendungen und die physikalischen Prinzipien hinter ihrer Funktionsweise wie Induktion und Leistungsanpassung erläutert.

Takeaways

• 😀 Transformatoren basieren auf dem Induktionsprinzip und wurden nach der Entdeckung von Michael Faraday 1831 erst nach 1880 erstmals gebaut.
• 😀 Ein Transformator wandelt Wechselspannungen um, meist von einem höheren zu einem niedrigeren Wert, und besteht aus zwei Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern.
• 😀 Transformatoren funktionieren nur mit Wechselspannung, da nur diese eine Induktion in der Sekundärspule erzeugen kann.
• 😀 Die Entwicklung von Transformatoren und Wechselstrom hat den Transport von elektrischer Energie über weite Strecken praktisch ohne Verluste möglich gemacht.
• 😀 Thomas Edison setzte sich für die flächendeckende Versorgung mit Gleichstrom ein, während George Westinghouse und Nikola Tesla den Wechselstrom förderten und das Drehstromnetz entwickelten.
• 😀 Transformatoren sind galvanisch getrennt und übertragen Spannungen, ohne dass Strom direkt zwischen den Primär- und Sekundärspulen fließt.
• 😀 Übertrager und Transformatoren haben auch Funktionen wie die Anpassung von Lastwiderständen an den Innenwiderstand einer Spannungsquelle.
• 😀 Die Spannung in einem Transformator steht im gleichen Verhältnis wie die Windungszahlen der beiden Spulen, was zu einer Umwandlung der Spannung führt.
• 😀 Der Wirkungsgrad von Transformatoren ist selten 100%, und es entstehen Verlustleistungen, die als Wärme abgeführt werden.
• 😀 In speziellen Anwendungen, wie der Leistungsanpassung oder Signalübertragung, sind Transformatoren und Übertrager entscheidend für eine effiziente Energie- oder Signalübertragung.

Q & A

Was ist das Hauptprinzip, auf dem Transformatoren basieren?

Transformatoren basieren auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, das 1831 von Michael Faraday entdeckt wurde. Dieses Prinzip ermöglicht es, eine Spannung in einer Sekundärspule zu induzieren, wenn eine Wechselspannung an die Primärspule angelegt wird.

Warum funktionieren Transformatoren nur mit Wechselspannung?

Transformatoren benötigen Wechselspannung, weil für die Induktion eine Änderung des magnetischen Flusses erforderlich ist. Diese Änderung kann nur durch eine Wechselspannung erzeugt werden, nicht durch Gleichspannung.

Welche historische Entwicklung führte zur breiten Nutzung von Transformatoren?

Die Entwicklung des Wechselstroms (AC) in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts war eine entscheidende Voraussetzung für die Nutzung von Transformatoren. Vorher setzte sich Thomas Edison für Gleichstrom (DC) ein, aber George Westinghouse und Nikola Tesla förderten Wechselstrom, was letztlich zur Verbreitung von Transformatoren führte.

Welche verschiedenen Aufgaben erfüllen Transformatoren außer der Spannungsumwandlung?

Neben der Spannungsumwandlung erfüllen Transformatoren auch Aufgaben wie die galvanische Trennung von Stromkreisen, das Koppeln von Verstärkerstufen ohne Stromfluss zwischen den Stufen und die Anpassung des Lastwiderstands an den Innenwiderstand einer Quelle.

Was bedeutet 'galvanische Trennung' in Bezug auf Transformatoren?

Galvanische Trennung bedeutet, dass die Primär- und Sekundärspule eines Transformators elektrisch nicht miteinander verbunden sind. Diese Trennung verhindert, dass Störungen oder gefährliche Spannungen von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen werden.

Was ist der Unterschied zwischen einem Transformator und einem Übertrager?

Ein Transformator wird zur Energieübertragung verwendet, während ein Übertrager zur Signalübertragung dient, ohne dabei Energie zu übertragen. Übertrager werden oft in Anwendungen wie Audioverstärkern genutzt, um das Signal zwischen verschiedenen Stufen zu übertragen.

Wie wird die Leistung in einem Transformator berechnet?

Die Leistung im Transformator wird durch das Verhältnis der Windungszahlen von Primär- und Sekundärspule bestimmt. Bei einem idealen Transformator sind die Eingangs- und Ausgangsleistungen gleich, aber in der Praxis gibt es immer Verluste, die durch den Wirkungsgrad berücksichtigt werden müssen.

Was passiert bei einer Leistungsanpassung in einem Wechselstromkreis?

Bei einer Leistungsanpassung in einem Wechselstromkreis wird der Widerstand des Lastwiderstands so angepasst, dass er dem Innenwiderstand der Quelle entspricht. Dies maximiert die Übertragungsleistung, und das Verhältnis der Widerstände entspricht dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Transformators.

Was sind Spartransformatoren, und welche Nachteile haben sie?

Spartransformatoren sind kostengünstige und einfache Transformatoren, bei denen die Primär- und Sekundärkreise nicht galvanisch getrennt sind. Das bedeutet, dass Gefahren von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen werden können, was ein Sicherheitsrisiko darstellt.

Warum hat sich die Wechselspannung im öffentlichen Stromnetz durchgesetzt?

Die Wechselspannung hat sich im öffentlichen Stromnetz durchgesetzt, weil sie sich leicht mit Transformatoren in hohe Spannungen umwandeln lässt. Dies ermöglicht es, elektrische Energie über große Entfernungen mit geringeren Verlusten zu übertragen, da bei hohen Spannungen der Strom reduziert wird.