Lernauftrag 2: Grundlagen Transformator

Die folgende Abbildung zeigt Ihnen eine Übersicht über die Einteilung elektrischer Maschinen. Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung von:

Mechanischer Energie in elektrische Energie (Generatoren)
Elektrische Energie in mechanische Energie (Motoren)
Elektrische Energie in elektrische Energie (Transformatoren)

Transformatoren wandeln elektrische Energie einer bestimmten Wechselspannung in elektrische Energie einer anderen Wechselspannung bei gleicher Frequenz um. Nach der Leistung unterscheidet man Klein- und Großtransformatoren.

Aufgabe 1

Informiere dich über das Prinzip, den Aufbau und die Wirkungsweise von Einphasentransformatoren (Wechselstromtransformator). Nutze dafür das Kapitel 5.6.3 Transformatorprinzip, das Kapitel 13.1 Transformatoren des Lehrbuches und/oder die Internetquelle Link. Erledige folgenden Teilaufgaben:

Teilaufgabe a

Beschreibe das Funktionsprinzip eines Transformators

Teilaufgabe b

Vervollständige die Tabelle bezügliche der Unterschiede Klein- und Großtransformatoren

Teilaufgabe c

Gib das Schaltzeichen eines Transformators an. Ordne die Begriffe Eingangswicklung und Ausgangswicklung den Begriffen Primärwicklung und Sekundärwicklung zu.

Teilaufgabe d

Recherchiere folgende Begriffe und notiere dir die Bedeutungen:

Oberspannungsseite
Unterspannungsseite
Primärseite
Sekundärseite

Teilaufgabe e

Gib das Übersetzungsverhältnis \(ü\) der Spannungs- und Stromübersetzung eines Transformators an. Formuliere zu jeder Berechnungsformel einen Merksatz.

Übersetzungsverhältnis der Windungen:
\(ü=\frac{N_1}{N_2}\)

Spannungsübersetzung:
\(\frac{U_1}{U_2}=\frac{\quad}{\quad}\)
\(ü=\)

Stromübersetzung:
\(\frac{I_1}{I_2}=\frac{\quad}{\quad}\)
\(ü=\)

Aufgabe 2

Berechne die Windungszahl \(N_2\) des Transformators eines Akkuladegeräts (Primär: \(230\ V\), Sekundär: \(1,6\ V\)), wenn die Windungszahl der netzseitigen Wicklung 10000 beträgt. Trage die Werte für \(U_1, U_2, N_1\) und \(N_2\) in die Abbildung ein.
Nutze zum Experimentiere die Simulation unter folgendem Link

Aufgabe 3

Zum Erzeugen einer Kleinspannung für 3 elektromagnetische Schalter (\(U_n=24\ V\)) soll ein Wechselstromtransformator verwendet werden. Die Bemessungsstromstärke je Schalter beträgt \(100\ mA\). Der Wechselstromtransformator ist primärseitig für den Anschluss an \(230\ V\) vorgesehen und darf auf der Oberspannungsseite mit maximal \(10\ mA\) belastet werden.

Überprüfe per Rechnung, ob der Transformator mit 3 Schaltern belastet werden darf.

Aufgabe 4

Ein Transformator hat primärseitig eine Windungszahl von 389 und liegt an einer Spannung von \(230\ V\). Die Sekundärwicklung besitzt eine Spule mit 92 Windungen.

a) Berechne die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung.
b) Berechne die Stromstärke der Primärwicklung, wenn die Sekundärwicklung von einem Strom der Stärke \(7\ A\) durchflossen wird.

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