ET Band 4 Kapitel 12 "Elektrische Maschinen (Transformatoren)"
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Beschreiben Sie den Aufbau eines elektronischen Transformators.
Als erstes wird die Netzspannung gefiltert, damit Überspannungen oder Oberwellen aus dem Netz gar nicht erst zu den weiteren Baugruppen gelangen. Danach wird durch eine Gleichrichterschaltung und ein Filter (Siebung) aus der Netzwechselspannung eine Gleichspannung erzeugt. Mit einem Transistor, der als elektronischer Schalter eingesetzt wird, kann aus der Gleichspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 35 kHz erzeugt werden.Mit dieser hohen Frequenz können kleine Transformatoren hohe Leistungen übertragen. Eine spezielle Regelschaltung sorgt dafür, dass die Spannungen immer konstant bleiben. Am Schluss der Übertragungskette ist wieder eine Gleichrichterschaltung mit Glättung vorhanden, diese sorgt dafür, dass eine Gleichspannung mit einer geringen Welligkeit zum Verbraucher gelangt.
Wann kann mit der bekannten Übersetzungsformel auch bei Drehstromtransformatoren gerechnet werden?
Wenn primär und sekundär die gleiche Schaltung vorliegt. Z.B. Yy oder Dd Ansonsten gilt die Formel nur für die Strangspannungen.
Wie gross ist die Sekundärspannung eines Spannungswandlers, wenn primärseitig die Bemessungsspannung anliegt?
100 V
Was muss man wissen über den Anschluss und den Betrieb von Spannungswandlern?
Primär- und sekundärseitig sind Überstrom-Schutzeinrichtungen einzubauen. Sie dürfen nur leer oder mit Bemessungslast betrieben werden. Achtung: Spannungswandler nie kurzschliessen (uK ist klein und damit der Kurzschlussstrom sehr gross).
Was ist ein Spannungswandler?
Ein Einphasentransformator mit genauer Übersetzung und sehr kleiner Kurzschlussspannung uK (< 1%). Er wird für den Anschluss von Voltmetern oder Spannungspfaden von Messinstrumenten verwendet.
Wie gross ist der Sekundärstrom eines Stromwandlers bei primären Bemessungsstrom ?
1 A oder 5 A
Wie wirkt sich eine Überlastung bei einem Stromwandler aus?
Die Messung wird ungenau.
Wie muss ein Stromwandler betrieben werden?
Immer belastet oder im Kurzschluss!
Der Eisenkern wird sonst im Sättigungsbereich betrieben, was eine grosse Erwärmung des Kerns zur Folge hat und bis zur Zerstörung des Wandlers führen kann. Ferner sind Überspannungen an der offenen Sekundärwicklung möglich.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Stromwandlers.
Ringkern mit Sekundärwicklung, die Primärwicklung wird meist als Schiene durch den Wandler geführt.
Welche beiden Messwandlerarten werden unterschieden?
Stromwandler
Spannungswandler
Erklären Sie die Strommessung mit einem Zangenampèremeter.
Der Ringkern ist in zwei Hälften geteilt, die durch die Zange geöffnet werden können. Der Ring wird durch Betätigen der Zange geöffnet und um den zu messenden Leiter gelegt und dann geschlossen. Nun zeigt das eingebaute Instrument des Zangenampèremeters den Strom an.
Wo finden kurzschlusssichere Transformatoren Verwendung?
Sonnerietrafo, Spielzeugtrafo, Zündtrafo, Schweisstrafo
Wann macht ein Spartrafo Sinn?
Wenn der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärspannung verhältnismässig klein ist (10…20 %) oder wenn durch den Transformator eine Funktionskleinspannung erzeugt werden soll. (Kein SELV und PELV!)
Wo finden Autotrafos Verwendung?
Stelltrafo (Variac), Spannungsanpassungen im Bereich 10... 20 %.
Was wird gespart bei einem Spartrafo?
Kupfer und Eisen, im Betrieb auch Energie.
Was ist ein Spartransformator (Autotransformator)?
Ein Transformator, der nur eine Wicklung hat, d.h. die Sekundärspannung wird an der Primärspannung abgegriffen. Dies funktioniert, weil jede Spule eine Selbstinduktionsspannung erzeugt.
Beschreiben Sie eine Besonderheit des kurzschlusssicheren Transformators.
Ein Transformator, der sekundär dauernd kurzgeschlossen betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Trenntransformators.
Eisenkern mit galvanisch getrennten Wicklungen. Meist Mantelkernbauart. Meist Übersetzung 1 : 1, kann aber auch anders sein.
Wodurch entstehen die Eisenverluste?
Durch die Ummagnetisierung des Eisenkerns und durch Wirbelströme, da sich der Kern im Wechselfeld befindet.
Wie sind die Kupferverluste zu erklären?
Die Spulen sind aus Cu-Drähten ev. aus Cu-Bändern gewickelt und haben einen ohmschen Widerstand. Je nach Strom ergeben sich mehr oder weniger Verluste.
Welche Verlustarten treten beim Transformatoren auf?
Kupfer- und Eisenverluste
In welchem Bereich liegt der Wirkungsgrad bei Transformatoren?
0.95 - 0.99
Was ist nötig, wenn Gleichspannung transformiert werden soll?
Es braucht einen Zerhacker es werden Rechteckimpulse erzeugt – dies entspricht einer Änderung, diese kann transformiert werden.
Eine Gleichspannung zu transformieren, ohne das daraus zuerst eine Wechselspannung erzeugt wird, ist unmöglich.
Was kann anhand der Kurzschlussspannung beurteilt werden?
Das Verhalten bei Kurzschluss auf der Sekundärseite. Z.B. uK = 10 % bedeutet, dass bei Kurzschluss der 10-fache Bemessungsstrom als Kurzschlussstrom wirkt.
Wie misst man die Kurzschlussspannung?
Die Sekundärseite ist kurzzuschliessen. Primär die Spannung von 0 langsam erhöhen bis der Primärbemessungsstrom fliesst, die jetzt vorhandene prmäre Spannung ist die Kurzschlussspannung.
Was sind Streufelder im Zusammenhang mit Transformatoren?
Feldlinien, die in einer Wicklung erzeugt werden und in der anderen keine Wirkung haben, bezeichnet man als Streufeld. Streufeldlinien gehen nur durch die Primär- oder Sekundärwicklung.
Mit welcher Formel lässt sich das Übersetzungsverhältnis berechnen?
Windungszahlen sind proportional mit den Spannungen und umgekehrt proportional mit den Strömen
Beschreiben Sie die Funktionsweise des Einphasentransformators, indem Sie verschiedene magnetische Grössen ansprechen.
Die Primärwicklung wird an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Dadurch fliesst ein Primärstrom, der eine magnetische Durchflutung erzeugt. Teil man die Durchflutung durch die mittlere Feldlinienlänge, so ergibt dies magnetische Feldstärke im Eisenkern. Diese magnetische Feldstärke ergibt eine magnetische Flussdichte. Gemäss Kernquerschnitt stellt sich der Fluss ein und damit die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung.
Wie misst man die Leerlaufspannung?
Die Primärseite an die Bemessungsspannung anlegen und die Sekundärseite unbelastet betreiben. Ein sekundär angeschlossenes (hochohmiges) Voltmeter zeigt die Leerlaufspannung an.
Warum funktioniert ein Trafo nur mit Wechselstrom?
Es handelt sich um die Induktion der Ruhe. Weil nichts dynamisch bewegt wird, muss die Änderung durch den sich in Gösse und Richtung ändernden Strom erzeugt werden, damit eine Flussänderung entsteht.
Beschreiben Sie den Aufbau eines "normalen" Transformators.
Eisenkern mit galvanisch getrennten Wicklungen. Übersetzung nach den geforderten Spannungs- und Stromwerten mit geeigneter Kurzschlussspannung.
Wie verhält sich die Ausgangsspannung bei einem spannungsweichen Transformator mit steigendem Sekundärstrom?
Sie fällt bei Belastung stark ab.
Wie heissen die beiden genormten Transformatorenbleche (von links nach rechts)?
a) M-Schnitt
b) E-I-Schnitt
Wodurch entstehen die Eisenverluste bei einem Transformator?
Durch die Ummagnetisierung des Kerns und durch Wirbelstromverluste, da sich der Kern im Wechselfeld befindet.
Weshalb sind Transformatorenkerne lamelliert, d. h. aus einzelnen Blechen aufgebaut?
Um die Wirbelstromverluste möglichst klein zu halten.
Wo finden kurzschlusssichere Transformatoren Verwendung?
Sonnerie-, Spielzeug-, Zünd-, Schweisstransformatoren
Was ist im Zusammenhang mit Transformatoren eine „galvanische Trennung“?
Es gibt keine elektrische Verbindung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung.
Was sind Streufeldtransformatoren?
Transformatoren, bei denen bewusst ein Streufeld erzwungen wird durch ein Streujoch. Das Streujoch kann verstellbar sein, damit sich der Sekundärstrom begrenzen lässt.
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Flashcards
Beschreiben Sie den Aufbau eines elektronischen Transformators.
Als erstes wird die Netzspannung gefiltert, damit Überspannungen oder Oberwellen aus dem Netz gar nicht erst zu den weiteren Baugruppen gelangen. Danach wird durch eine Gleichrichterschaltung und ein Filter (Siebung) aus der Netzwechselspannung eine Gleichspannung erzeugt. Mit einem Transistor, der als elektronischer Schalter eingesetzt wird, kann aus der Gleichspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 35 kHz erzeugt werden.Mit dieser hohen Frequenz können kleine Transformatoren hohe Leistungen übertragen. Eine spezielle Regelschaltung sorgt dafür, dass die Spannungen immer konstant bleiben. Am Schluss der Übertragungskette ist wieder eine Gleichrichterschaltung mit Glättung vorhanden, diese sorgt dafür, dass eine Gleichspannung mit einer geringen Welligkeit zum Verbraucher gelangt.
Wann kann mit der bekannten Übersetzungsformel auch bei Drehstromtransformatoren gerechnet werden?
Wenn primär und sekundär die gleiche Schaltung vorliegt. Z.B. Yy oder Dd Ansonsten gilt die Formel nur für die Strangspannungen.
Wie gross ist die Sekundärspannung eines Spannungswandlers, wenn primärseitig die Bemessungsspannung anliegt?
100 V
Was muss man wissen über den Anschluss und den Betrieb von Spannungswandlern?
Primär- und sekundärseitig sind Überstrom-Schutzeinrichtungen einzubauen. Sie dürfen nur leer oder mit Bemessungslast betrieben werden. Achtung: Spannungswandler nie kurzschliessen (uK ist klein und damit der Kurzschlussstrom sehr gross).
Was ist ein Spannungswandler?
Ein Einphasentransformator mit genauer Übersetzung und sehr kleiner Kurzschlussspannung uK (< 1%). Er wird für den Anschluss von Voltmetern oder Spannungspfaden von Messinstrumenten verwendet.
Wie gross ist der Sekundärstrom eines Stromwandlers bei primären Bemessungsstrom ?
1 A oder 5 A
Wie wirkt sich eine Überlastung bei einem Stromwandler aus?
Die Messung wird ungenau.
Wie muss ein Stromwandler betrieben werden?
Immer belastet oder im Kurzschluss!
Der Eisenkern wird sonst im Sättigungsbereich betrieben, was eine grosse Erwärmung des Kerns zur Folge hat und bis zur Zerstörung des Wandlers führen kann. Ferner sind Überspannungen an der offenen Sekundärwicklung möglich.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Stromwandlers.
Ringkern mit Sekundärwicklung, die Primärwicklung wird meist als Schiene durch den Wandler geführt.
Welche beiden Messwandlerarten werden unterschieden?
Stromwandler
Spannungswandler
Erklären Sie die Strommessung mit einem Zangenampèremeter.
Der Ringkern ist in zwei Hälften geteilt, die durch die Zange geöffnet werden können. Der Ring wird durch Betätigen der Zange geöffnet und um den zu messenden Leiter gelegt und dann geschlossen. Nun zeigt das eingebaute Instrument des Zangenampèremeters den Strom an.
Wo finden kurzschlusssichere Transformatoren Verwendung?
Sonnerietrafo, Spielzeugtrafo, Zündtrafo, Schweisstrafo
Wann macht ein Spartrafo Sinn?
Wenn der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärspannung verhältnismässig klein ist (10…20 %) oder wenn durch den Transformator eine Funktionskleinspannung erzeugt werden soll. (Kein SELV und PELV!)
Wo finden Autotrafos Verwendung?
Stelltrafo (Variac), Spannungsanpassungen im Bereich 10... 20 %.
Was wird gespart bei einem Spartrafo?
Kupfer und Eisen, im Betrieb auch Energie.
Was ist ein Spartransformator (Autotransformator)?
Ein Transformator, der nur eine Wicklung hat, d.h. die Sekundärspannung wird an der Primärspannung abgegriffen. Dies funktioniert, weil jede Spule eine Selbstinduktionsspannung erzeugt.
Beschreiben Sie eine Besonderheit des kurzschlusssicheren Transformators.
Ein Transformator, der sekundär dauernd kurzgeschlossen betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Trenntransformators.
Eisenkern mit galvanisch getrennten Wicklungen. Meist Mantelkernbauart. Meist Übersetzung 1 : 1, kann aber auch anders sein.
Wodurch entstehen die Eisenverluste?
Durch die Ummagnetisierung des Eisenkerns und durch Wirbelströme, da sich der Kern im Wechselfeld befindet.
Wie sind die Kupferverluste zu erklären?
Die Spulen sind aus Cu-Drähten ev. aus Cu-Bändern gewickelt und haben einen ohmschen Widerstand. Je nach Strom ergeben sich mehr oder weniger Verluste.
Welche Verlustarten treten beim Transformatoren auf?
Kupfer- und Eisenverluste
In welchem Bereich liegt der Wirkungsgrad bei Transformatoren?
0.95 - 0.99
Was ist nötig, wenn Gleichspannung transformiert werden soll?
Es braucht einen Zerhacker es werden Rechteckimpulse erzeugt – dies entspricht einer Änderung, diese kann transformiert werden.
Eine Gleichspannung zu transformieren, ohne das daraus zuerst eine Wechselspannung erzeugt wird, ist unmöglich.
Was kann anhand der Kurzschlussspannung beurteilt werden?
Das Verhalten bei Kurzschluss auf der Sekundärseite. Z.B. uK = 10 % bedeutet, dass bei Kurzschluss der 10-fache Bemessungsstrom als Kurzschlussstrom wirkt.
Wie misst man die Kurzschlussspannung?
Die Sekundärseite ist kurzzuschliessen. Primär die Spannung von 0 langsam erhöhen bis der Primärbemessungsstrom fliesst, die jetzt vorhandene prmäre Spannung ist die Kurzschlussspannung.
Was sind Streufelder im Zusammenhang mit Transformatoren?
Feldlinien, die in einer Wicklung erzeugt werden und in der anderen keine Wirkung haben, bezeichnet man als Streufeld. Streufeldlinien gehen nur durch die Primär- oder Sekundärwicklung.
Mit welcher Formel lässt sich das Übersetzungsverhältnis berechnen?
Windungszahlen sind proportional mit den Spannungen und umgekehrt proportional mit den Strömen
Beschreiben Sie die Funktionsweise des Einphasentransformators, indem Sie verschiedene magnetische Grössen ansprechen.
Die Primärwicklung wird an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Dadurch fliesst ein Primärstrom, der eine magnetische Durchflutung erzeugt. Teil man die Durchflutung durch die mittlere Feldlinienlänge, so ergibt dies magnetische Feldstärke im Eisenkern. Diese magnetische Feldstärke ergibt eine magnetische Flussdichte. Gemäss Kernquerschnitt stellt sich der Fluss ein und damit die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung.
Wie misst man die Leerlaufspannung?
Die Primärseite an die Bemessungsspannung anlegen und die Sekundärseite unbelastet betreiben. Ein sekundär angeschlossenes (hochohmiges) Voltmeter zeigt die Leerlaufspannung an.
Warum funktioniert ein Trafo nur mit Wechselstrom?
Es handelt sich um die Induktion der Ruhe. Weil nichts dynamisch bewegt wird, muss die Änderung durch den sich in Gösse und Richtung ändernden Strom erzeugt werden, damit eine Flussänderung entsteht.
Beschreiben Sie den Aufbau eines "normalen" Transformators.
Eisenkern mit galvanisch getrennten Wicklungen. Übersetzung nach den geforderten Spannungs- und Stromwerten mit geeigneter Kurzschlussspannung.
Wie verhält sich die Ausgangsspannung bei einem spannungsweichen Transformator mit steigendem Sekundärstrom?
Sie fällt bei Belastung stark ab.
Wie heissen die beiden genormten Transformatorenbleche (von links nach rechts)?
a) M-Schnitt
b) E-I-Schnitt
Wodurch entstehen die Eisenverluste bei einem Transformator?
Durch die Ummagnetisierung des Kerns und durch Wirbelstromverluste, da sich der Kern im Wechselfeld befindet.
Weshalb sind Transformatorenkerne lamelliert, d. h. aus einzelnen Blechen aufgebaut?
Um die Wirbelstromverluste möglichst klein zu halten.
Wo finden kurzschlusssichere Transformatoren Verwendung?
Sonnerie-, Spielzeug-, Zünd-, Schweisstransformatoren
Was ist im Zusammenhang mit Transformatoren eine „galvanische Trennung“?
Es gibt keine elektrische Verbindung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung.
Was sind Streufeldtransformatoren?
Transformatoren, bei denen bewusst ein Streufeld erzwungen wird durch ein Streujoch. Das Streujoch kann verstellbar sein, damit sich der Sekundärstrom begrenzen lässt.