Was ist der Magnetisierungszweig?

Der Parallelzweig: der Strom, der für den Fluss im Kern nötig ist, und die Leistung für Hysterese und Wirbelströme. Er bleibt auch bei offener Sekundärwicklung (Leerlauf).

Warum sinkt die Sekundärspannung unter Last?

Der Laststrom fließt durch Wicklungswiderstand und Streureaktanz. Näherungsweise schätzt man den Abfall durch den Term I(R cos φ + X sin φ) bei nacheilendem Leistungsfaktor.

Warum wächst der Primärstrom, wenn man die Sekundärseite belastet?

Der Laststrom spiegelt sich über das Übersetzungsverhältnis auf die Primärseite. Die Quelle liefert die Ausgangsleistung plus Verluste; der Parallelzweig addiert den Magnetisierungsstrom.

Kann ein Transformator mit Gleichstrom arbeiten?

Nein. Es braucht einen zeitlich veränderlichen Fluss, damit in der Sekundärwicklung eine Spannung entsteht (Faradaysches Gesetz). Nach dem Einschaltvorgang ändert eine Gleichspannung den Fluss nicht — die Sekundärspannung ist null.

Transformator: Ersatzschaltbild

Übersetzungsverhältnis, Magnetisierungszweig, Streuung, Kupfer- und Eisenverluste, Spannungsänderung und Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Last.

Das Ersatzschaltbild ist auf die Sekundärseite bezogen. Die Spannungsänderung folgt der üblichen Näherung für nacheilendes cosφ; Sättigung, Oberschwingungen, Erwärmung, Einschaltstromstoß und ausführliche Kurzschlussversuche gehören nicht zu diesem Unterrichtsmodell.

Zum Modell

Transformator: der wechselnde Fluss im Kern koppelt Primär- und Sekundärwicklung. Idealerweise gilt E₂/E₁ = N₂/N₁. Das Ersatzschaltbild ergänzt den Magnetisierungszweig R_c ∥ jX_m (Leerlaufstrom und Eisenverluste) und die Reihenglieder R_eq + jX_eq (Wicklungswiderstand und Streuung), auf die Sekundärseite bezogen. Man betrachtet den Spannungsabfall bei gegebenem cos φ, Kupfer- und Eisenverluste sowie den Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Last. Sättigung, Oberschwingungen und Einschaltstromstoß gehören nicht zum Modell.

Für wen: Hochschule: elektrische Maschinen, Energieversorgung, Transformatorprüfung.

Wichtige Begriffe

Transformator
Übersetzungsverhältnis
Magnetisierungszweig
Streureaktanz
Spannungsänderung
Kupferverluste
Eisenverluste
Wirkungsgrad

So funktioniert es

Das Ersatzschaltbild fügt zum idealen Verhältnis E₂/E₁ = N₂/N₁ zwei Nichtidealitäten hinzu: den Parallelzweig R_c ∥ jX_m (Eisenverluste und Magnetisierungsstrom) und die Reihenglieder R_eq + jX_eq (Wicklungswiderstand und Streureaktanz). Der Spannungsabfall unter Last in relativen Einheiten ≈ I(R cos φ + X sin φ); Wirkungsgrad η = P_aus / (P_aus + I²R_eq + P_Fe).

Wichtige Gleichungen

E2/E1 = N2/N1, Zbase = E2²/Srated, Req/Xeq aus der prozentualen Impedanz

reg ≈ Ipu(Rpu cosφ + Xpu sinφ), η = Pout/(Pout + I²Req + Pcore)

Häufige Fragen

Was ist der Magnetisierungszweig?: Der Parallelzweig: der Strom, der für den Fluss im Kern nötig ist, und die Leistung für Hysterese und Wirbelströme. Er bleibt auch bei offener Sekundärwicklung (Leerlauf).
Warum sinkt die Sekundärspannung unter Last?: Der Laststrom fließt durch Wicklungswiderstand und Streureaktanz. Näherungsweise schätzt man den Abfall durch den Term I(R cos φ + X sin φ) bei nacheilendem Leistungsfaktor.
Warum wächst der Primärstrom, wenn man die Sekundärseite belastet?: Der Laststrom spiegelt sich über das Übersetzungsverhältnis auf die Primärseite. Die Quelle liefert die Ausgangsleistung plus Verluste; der Parallelzweig addiert den Magnetisierungsstrom.
Kann ein Transformator mit Gleichstrom arbeiten?: Nein. Es braucht einen zeitlich veränderlichen Fluss, damit in der Sekundärwicklung eine Spannung entsteht (Faradaysches Gesetz). Nach dem Einschaltvorgang ändert eine Gleichspannung den Fluss nicht — die Sekundärspannung ist null.

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