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  Stromfluss im Trafo |
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Fabi
Senior 
Dabei seit: 03.03.2002
Mitteilungen: 4587
 |  Themenstart: 2002-07-08
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Hallo!
Wir haben heute in Physik den Transformator durchgenommen, und mit dieser Durchnahme bin ich nicht so ganz zufrieden, es blieben einige Fragen etwas ungeklärt:
1. Wodurch entsteht der Induktionsstrom in der Spule? Klar, durch das Magnetfeld, das sich beim Wechselstrom dauernd ändert, aber was geht da phisykalisch vor sich? Die Elektronen werden durch die Änderung des Magnetfeldes bewegt, aber warum genau? Kann man das z.B. auf die Lorentzkraft zurückführen?
2. Es gilt: Up*Ip = Us*Is (p: Primärseite, s: Sekundärseite)
Wenn man jetzt aber auf der Sekundärseite überhaupt keinen Strom fließen lässt folgt daraus (und auch aus dem Energieerhaltungssatz), dass auf der Primärseite auch kein Strom fließen darf, da hat man aber nunmal einen geschlossenen Stromkreis. Warum fließt dann dort kein Strom? Und wie beeinflusst die Stromabnahme den Primärkreislauf?
Wenn man also ein Gerät mit dem Wiederstand R in den Sekundärkreislauf einschaltet und im Primärkreislauf die Spannung U herrscht, kann man ja die Sekundärspannung berechnen, daraus ( mit R = U/I) die Sekundärstromstärke und dann wieder die Primärstromstärke.
Wenn man jetzt R ändert, ändert sich ja auch die Primärstromstärke wieder. Aber warum ändert sich mit diesem Woederstand die Stromstärke? Ich meine, es gibt ja keine Verbindung zwischen den Spulen. Wie "weiß" die Primärseite, dass Strom abgenommen wird? Ich habe unseren Lehrer gefragt, der hat irgendwas von wegen Phasenverschiebung gesagt, was mir aber auch nicht so sehr toll geholfen hat. Kann mir das vielleicht einer erklären?
Danke!
Gruß
Fabi
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Spock
Senior 
Dabei seit: 25.04.2002
Mitteilungen: 8273
Wohnort: Schi'Kahr/Vulkan
 | Beitrag No.1, eingetragen 2002-07-09
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Hallo Fabi,
1. Frage:
Ja, Du kannst Dir das über die Lorentzkraft veranschaulichen. Sie wirkt auf die bewegte Ladungen, trennt sie, es baut sich ein elektrisches Feld auf, eine Spannung wird "induziert". Hat man Euch beigebracht, was ein Fluss ist und seine zeitliche Änderung?
Zu 2.:
Wer sagt, daß bei einem unbelasteten Trafo im Leerlaufbetrieb (I2 = 0) auf der Primärseite kein Strom fließt? Natürlich fließt dort ein Leerlaufstrom I1, und wenn Du mir sagst, ob Du mit komplexer Schreibweise vertraut bist, zeig ich Dir warum, geht relativ schnell mit komplexer Schreibweise.
Auch ein ohmscher Widerstand R auf der Sekundärseite (Strom I2, Spannung U2) "transformiert" sich auf die Primärseite (Strom I1, Spannung U1).
Der Eingangswiderstand Rp auf der Primärseite ist doch
Rp = U1/I1 = (U2/I2) * (n1/n2)² = R * (n1/n2)²
Reicht Dir das erstmal?
Gruss
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Fabi
Senior
Dabei seit: 03.03.2002
Mitteilungen: 4587
| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2002-07-09
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Hi Spock!
Erstmal danke für die Antwort.
zu 1) So direkt beigebracht nicht, aber ich glaube, ich kann mir etwas unter den Begriffen Fluss und Änderung vorstellen. Kannst du das nochmal erklären, evtl. mit einer Definition dieser Begriffe?
zu 2) Mein Physiklehrer hat gesagt, dass da dann kein Strom fließt.
Was meinst du mit komplexer Schreibweise? Rechnen mit komplexen Zahlen kann ich, wenn du das meinst. An jeder weiteren Erklärung wäre ich interessiert.
Gruß
Fabi
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Spock
Senior
Dabei seit: 25.04.2002
Mitteilungen: 8273
Wohnort: Schi'Kahr/Vulkan
| Beitrag No.3, eingetragen 2002-07-11
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Hallo Fabi,
ich befürchte zwar, daß Dein Interesse weit über den Physik-Schulstoff hinausgeht, aber wenn Du die mathematischen Voraussetzungen hast, warum nicht. Brems mich bitte, wenn Du was nicht verstehst und frag nach:
Zunächst, damit wir alle vom gleichen reden:
Idealer Transformator <=>
1.) Es gibt keine Verluste durch Streufelder, die magnetische Flussdichte B ist überall im Eisenjoch gleich
2.) Die Spulenleiter und Zuleitungen sind verlustfrei
Bezeichnungen:
Ich kennzeichne Größen auf der Primärseite mit "1", solche auf der Sekundärseite mit "2"
U: Spannung, I: Strom, L: Eigeninduktivität der Spule, M: Gegeninduktivität, i: imaginäre Einheit, i² = -1,
exp(x) Eulersche e-Funktion mit Argument x, d/dt Ableitung nach t
Weiterhin benutze ich für die zeitabhängige sinusförmige Wechselspannung bzw. für den Wechselstrom mit Kreisfrequenz w die komplexe Schreibweise (U0, I0 sind die Amplituden, phi ist die relative Phasenverschiebung
(1): U(t) = U0*exp(i*w*t)
(2): I(t) = I0*exp(i*w*t + phi)
Du zeigst mit (2) leicht, daß die zeitliche Änderung des Wechselstroms durch
(3): dI/dt = i*w*I(t)
gegeben ist.
Warum fliesst im lastfreien Kondensator (I2 = 0) auf der Primärseite ein Strom? Das folgt aus der Transformatorgleichung
(4a): U1(t) = L1 * (dI1(t)/dt) - M * (dI2(t)/dt)
(4b): U2(t) = - M * (dI1/dt) + L2 * (dI2/dt)
Wegen (3) wird aus (4)
(5a): U1(t) = i*w*L1*I1(t) - i*w*M*I2(t)
(5b): U2(t) = -i*w*M*I1(t) + i*w*L2*I2(t)
Daraus ergibt sich wegen I2(t) = 0 sofort der Leerlaufstrom I1(t) zu
I1 = U1/(i*w*L1) = -U2/(i*w*M)
In der Regel sind die Induktivitäten sehr gross, so daß der Leerlaufstrom eine kleine Grösse ist, aber er ist vorhanden.
Genug Physik für heute, nur noch eine Anmerkung:
Wusstest Du, daß ein belasteter Transformator mit hohem ohmschen Widerstand "mathematisch begabt" ist? Warum? Er kann differenzieren, d.h., er macht aus U1 auf der Primärseite (nahezu) die zeitliche Ableitung dU1/dt auf der Sekundärseite, :-)
Bis dann
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