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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eine Frage zum Transformatorprinzip


Autor: Hurzel (Gast)
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Hallo!

Ich habe eine Frage zum Trafoprinzip. Ich möchte erstmal auf diese 
Grafik verweisen: (Erstes Bild auf der Website -> Trafo im Leerlauf)

http://www.elektroniktutor.de/bauteile/trafo.html


Kann mir jemand kurz erklären warum die Spannung U1 mit der Spannung US1 
um 180° Phasenverschoben ist?
Und warum US1 mit U20 in Phase ist?

Wäre echt nett ich versteh das nicht so ganz :(


Grüße Hurzel

Autor: Ralf G. (old-school) Benutzerseite
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@ Hurzel

>> Und warum US1 mit U20 in Phase ist?
 weil U1 und U2 auch in Phase sind ...

Selbstinduktionsspannung wirkt ihrem Ursprung entgegen
(einige verwenden auch den Begriff Gegenspannung für 
Selbstinduktionsspannung)

einfach mal googeln steht alles irgendwo geschrieben, man muss sich nur 
mal die Mühe mach und suchen, vor allem lesen, lesen, lesen  ...

Autor: Hurzel (Gast)
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Hallo,

ich hab jetz 2 Stunden lang versucht was herauszufinden... Nur ich kann 
mir beim besten willen nicht erklären was jetzt mit der Spannung Us1 
ist!

So wie es in dem Phasendiagramm ist müsste dann demzufolge U1, Us1 = 0 
sein oder nicht? weil sie sich aufheben. (Theoretischer Denkfehler?).
In der Praxis -> Messtechnisch (Multimeter) habe ich ja weiter meine 
(z.B. 230V ), denn das Netz hat ja genug elektr. Energie um der Us1 
entgegenzuwirken. Warum ist die denn dann aber genau so groß wie U1 in 
dem Bild?

Wäre echt toll wenn mir das grad jemand erklären könnte!

Grüße

Autor: MaWin (Gast)
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Vergiss die Murkserklärung von Detlef Mietke und lies lieber das:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Transforma...

Autor: nicht Gast (Gast)
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Da der Trafo auch eine Art ist wirkt die schon genannte Gegenspannung 
(auch als Induktionsspannung bekannt) der die Klemmenspannung aufhebt. 
Andernfalls würde bei einem reinen Kupferdraht durch den geringen 
ohmschen Widerstand sehr viel Strom fließen.

Damit handelt es sich um eine allgemeinere Betrachtungsweise als beim 
induktiven Blindwiderstand, den du evtl. schon kennst.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Ich habe eine Frage zum Trafoprinzip. Ich möchte erstmal auf diese
> Grafik verweisen: (Erstes Bild auf der Website -> Trafo im Leerlauf)
>
> http://www.elektroniktutor.de/bauteile/trafo.html
>
>
> Kann mir jemand kurz erklären warum die Spannung U1 mit der Spannung US1
> um 180° Phasenverschoben ist?
> Und warum US1 mit U20 in Phase ist?
>
> Wäre echt nett ich versteh das nicht so ganz :(
>
>
> Grüße Hurzel

Hallo Hurzel,

es ist gut, daß Du das nicht verstehst. Die Darstellung ist nämlich 
physikalisch nicht in Ordnung, obwohl sie immer und immer auch von sehr 
angesehenen Lehrbuchautoren kopiert wird.

1. Spannungsungleichgewicht erzeugt magnetische Flußänderung
-------------------------------------------------------------
An die Primärspule legst Du eine Wechselspannung an. Da der Draht ideal 
leitfähig ist, kann in ihm dem ohmschen Gesetz entsprechend kein 
elektrisches Feld und daher auch keine Spannung entstehen (UDraht1=0).
Wir haben also die Situation, daß an den Primärklemmen eine Spannung U1 
anliegt, der keine Spannung entgegensteht.

Die Stärke des beschriebenen Spannungsungleichgewichtes können wir 
mithilfe der sogenannten Umlaufspannung, das ist die Summme aller 
Spannungen "einmal im Kreis herum" beschreiben. Diese Umlaufspannung 
heißt "induzierte Spannung" und hat den Wert:
Uind = U1+UDraht1 = U1

(Beachte: Die induzierte Spannung ist nicht etwas, das in der Spule 
existiert oder entsteht, sondern sie ist eine sogenannte Umlaufspannung 
bzw. ein Maß dafür, wie stark die Kirchhoffsche Maschenregel verletzt 
wird.)

Das Induktionsgesetz sagt nun aus, daß immer dann, wenn ein derartiges 
Spannungsungleichgewicht vorliegt, entsprechend der Gleichung

Uind = -N1 dPhi/dt

eine magnetische Flußänderung erfolgt. Durch das 
Spannungsungleichgewicht, das Du mit der idealen Spannungsquelle 
erzeugst, entsteht also eine Flußänderung im Kern.

(Hinweis zum Strom: Die Flußänderung ist immer auch mit einer Änderung 
des Primärstromes verbunden. Das Spannungsungleichgewicht ist ja gerade 
die Antriebskraft für den Stromfluß in der Primärspule. Auf den 
Stromfluß wollen wir aber im Detail gar nicht eingehen.)

(Hinweis zu den Vorzeichen: Die Gleichung für das Induktionsgesetz gilt 
zusammen mit der "Rechte-Handregel". Wenn Du mit dem Zeigefinger der 
rechten Hand in die Richtung der induzierten Spannung zeigst (im 
Beispiel in Pfeilrichtung von U1, aber eben im Kreis herum!),  so zeigen 
die Finger der rechten Hand in die Gegenrichtung (Minuszeichen) der 
Flußänderung. Unter Punkt 3 erhältst Du eine einfacherere Beschreibung.)

2. Magnetische Flußänderung erzeugt Spannungsungleichgewicht 
-------------------------------------------------------------
Auf der Sekundärseite passiert das Gegenteil: Die Primärseite prägt über 
den Magnetkern eine Flußänderung in die Sekundärspule ein, also ist eine 
Magnetflußänderung vorhanden.
Daß eine Magnetflußänderung im Kern stattfindet, bewirkt, daß die Summe 
aller Spannungen U2+UDraht2 im Sekundärkreis ungleich Null. Da Udraht2=0 
(materialbedingt), muß U2 einen Wert erhalten. Somit erhältst Du eine 
Spannung auf der Sekundärseite.

3. Vorzeichen
-------------
Am einfachsten merkst Du Dir die Vorzeichen anhand des folgenden Bildes:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trafo_1a.svg

Wenn wie im Bild dargestellt die Wicklungsrichtung und die Pfeilrichtung 
für U1 und U2 identisch sind, so müssen auch die Vorzeichen von U1 und 
U2 gleich sein, schließlich sind beide Spannungen ja mit demselben 
magnetischen Fluß verknüpft.

Wenn Du die Sekundärwicklung nun auf die andere Seite "rüberschiebst", 
erhältst Du das folgende Bild:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trafo_1.png


4. Herleitung in Kurzform
--------------------------
Für die Vorzeichenkonvention bei dem Wikipediabild
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trafo_1.png
gilt:

u1(t)/N1 = dphi/dt = U2(t)/N2

(Man braucht den Strom bei idealtypischer Betrachtung wirklich nicht!)

Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Da der Trafo auch eine Art ist wirkt die schon genannte Gegenspannung
> (auch als Induktionsspannung bekannt) der die Klemmenspannung aufhebt.
Du irrst Dich. Bei idealtypischer Betrachtung ist die Spannung im Draht 
tatsächlich gleich Null.

> Andernfalls würde bei einem reinen Kupferdraht durch den geringen
> ohmschen Widerstand sehr viel Strom
Der Stromfluß wird nicht durch eine Spannung gehemmt, sondern durch die 
erforderliche Energie, um das magnetische Feld aufzubauen.

Dein Irrtum besteht glaube ich darin, daß Du den Kurzschluß mit dem 
ohmschen Gesetz erklären willst:
R=0, U>0 ====> I=U/R=oo

Ein Kurzschluß bedeutet aber immer, daß man eine Spannung (wir wollen 
voraussetzen: eine Gleichspannung) an eine Induktivität anlegt. Auch ein 
kurzes Stück Draht ist eine Induktivität, denn es entsteht ein 
magnetisches Feld.
Bei einem Kurzschluß steigt der Strom also entsprechend dem 
Bauelementegesetz der Induktivität:
U=L di/dt = konstant
mit konstanter, aber endlicher Steigung an.

Je größer die Induktivität ist, umso langsamer steigt er an.

> Damit handelt es sich um eine allgemeinere Betrachtungsweise als beim
> induktiven Blindwiderstand, den du evtl. schon kennst.

Die Kirchhoffsche Maschenregel leitet sich aus dem Induktionsgesetz her 
für den Fall, daß keine Flußänderung stattfindet.
Die Kirchhoffsche Maschenregel ist daher für die Erklärung von 
Induktionsphänomenen (Spule, Transformator u. ä.) vollkommen 
unbrauchbar.

Gruß,
  Michael

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