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Einheit
Volt (V)
Einfach erklärt
Die Primärspannung U₁ liegt an der Eingangswicklung eines Transformators an und stammt meist direkt aus dem Versorgungsnetz, in Deutschland typischerweise 230V (einphasig) oder 400V (dreiphasig). Über das Windungsverhältnis steht sie mit der Sekundärspannung in Beziehung: U₁/U₂=N₁/N₂. Ein Klingeltransformator wandelt z.B. 230V Primärspannung in 8V Sekundärspannung, ein Ortsnetztransformator wandelt 20.000V (Mittelspannung) in 400V herunter.
Merksatz: Die Primärspannung liegt immer auf der Netz- bzw. Einspeiseseite eines Transformators, unabhängig davon, ob dabei herauf- oder heruntertransformiert wird.
Fortgeschrittene Erklärung
Physikalisch erzeugt die angelegte Primärspannung über die Windungen N₁ einen magnetischen Wechselfluss im Kern, der wiederum in der Sekundärwicklung nach dem Induktionsgesetz die Spannung U₂ induziert. Im Leerlauf hält die Primärwicklung über ihre Gegen-EMK die Stromaufnahme gering; erst unter Last sinkt die Sekundärspannung durch den ohmschen und induktiven Spannungsabfall in beiden Wicklungen geringfügig unter den idealen Wert U₁·N₂/N₁.
Reale Netze schwanken selbst um ca. ±10% um ihren Nennwert (bei 230V also etwa 207–253V), was sich direkt und proportional auf die Sekundärspannung überträgt – ein wichtiger Punkt bei empfindlichen nachgeschalteten Verbrauchern. Bei mehrphasigen Transformatoren muss außerdem unterschieden werden, ob U₁ als Strang- oder Leiterspannung angegeben ist, da Stern- und Dreieckschaltung dabei einen Faktor √3 ausmachen.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
U₁ ist die Primärspannung, U₂ die Sekundärspannung (beide in Volt), N₁ und N₂ die Primär- bzw. Sekundärwindungszahl und ü das Übersetzungsverhältnis des Transformators.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein Transformator hat N₁=2000 und N₂=200 Windungen. Sekundärseitig wird U₂=23V gemessen. Gesucht ist die Primärspannung.
- Gegeben: N₁ = 2000, N₂ = 200, U₂ = 23 V.
- Übersetzung bestimmen: ü = N₁/N₂ = 2000/200 = 10.
- Formel wählen: U₁ = ü · U₂.
- Einsetzen und rechnen: U₁ = 10 · 23 V.
- Ergebnis: U₁ = 230 V.
Derselbe Transformator (ü=10) wird mit Nennlast betrieben. Durch den Spannungsabfall an Wicklungswiderstand und Streuinduktivität sinkt die Sekundärspannung bei Volllast typischerweise um 3–5 % gegenüber dem Leerlaufwert.
Bleibt U₁ konstant bei 230V, ergäbe sich im Leerlauf ideal U₂=23V; bei Volllast sinkt U₂ real auf etwa 22–22,3V. Bei der Auslegung nachgeschalteter Geräte (z.B. Klingelanlagen, Steuerungen) muss dieser lastabhängige Spannungsabfall mit eingeplant werden, damit die Mindestspannung nicht unterschritten wird.
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Weiterführend
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