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Einheit
Ampere (A)
Einfach erklärt
Der Primärstrom I₁ ist der Strom, den ein Transformator auf seiner Eingangsseite aus dem speisenden Netz zieht. Da ein Transformator (näherungsweise) Leistung, nicht aber Strom oder Spannung 1:1 überträgt, gilt: Je stärker die Spannung transformiert wird, desto stärker ändert sich der Strom gegenläufig. Ein Trafo, der 230V auf 23V heruntersetzt (Übersetzung ü=10), zieht primärseitig nur ein Zehntel des Stroms, der sekundärseitig fließt. Typische Werte reichen von wenigen Milliampere bei kleinen Steckernetzteilen bis zu mehreren hundert Ampere bei Ortsnetztransformatoren.
Merksatz: Am Transformator gilt: Wird die Spannung hochtransformiert, sinkt der Strom – und umgekehrt. Primär- und Sekundärstrom verhalten sich umgekehrt proportional zum Windungsverhältnis.
Fortgeschrittene Erklärung
Beim idealen, verlustfreien Transformator folgt der Primärstrom aus der Ampere-Windungs-Bilanz I₁·N₁=I₂·N₂: Das vom Sekundärstrom erzeugte magnetische Gegenfeld muss durch einen entsprechend transformierten Primärstrom kompensiert werden, damit der Kernfluss konstant bleibt. Beim realen Transformator kommt zusätzlich ein Magnetisierungsstrom hinzu, der unabhängig von der Last allein zum Aufbau des Kernflusses benötigt wird und auch im Leerlauf fließt (typisch 2–8 % des Nennstroms bei Verteiltransformatoren).
Kupferverluste (I²·R in beiden Wicklungen) und Eisenverluste (Ummagnetisierung, Wirbelströme im Kern) sorgen dafür, dass Primär- und transformierter Sekundärstrom nicht exakt in Phase liegen und die einfache Übersetzungsformel nur näherungsweise gilt. Beim Einschalten eines unbelasteten Transformators kann außerdem kurzzeitig ein Einschaltstromstoß (Inrush) auftreten, der das 5- bis 15-fache des Nennstroms erreicht – ein wichtiger Aspekt bei der Auslegung vorgeschalteter Sicherungen und Schütze.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
I₁ ist der Primärstrom, I₂ der Sekundärstrom in Ampere, N₁ und N₂ die Primär- bzw. Sekundärwindungszahl. Die zweite Formel beschreibt die Leistungsbilanz des idealen, verlustfreien Transformators.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein Transformator setzt 230V auf 23V herunter (Übersetzung ü=10) und liefert sekundärseitig einen Strom von I₂=5A. Gesucht ist der Primärstrom.
- Gegeben: I₂ = 5 A, ü = N₁/N₂ = 10.
- Formel wählen: I₁ = I₂/ü.
- Einsetzen: I₁ = 5 A / 10.
- Rechnen: I₁ = 0,5 A.
- Kontrolle über Leistung: 230V·0,5A = 115W = 23V·5A.
Derselbe Trafo (115VA, ü=10) hat im Leerlauf einen Magnetisierungsstrom von etwa 4 % des Nennstroms, also I₀≈0,02A.
Bei Volllast (I₂=5A, lastbedingter Primäranteil 0,5A) überlagert sich dieser Magnetisierungsstrom geometrisch (phasenverschoben) dem Lastanteil, sodass der tatsächliche Primärstrom mit rund 0,502A nur geringfügig über dem idealen Wert liegt. Bei kleiner Teillast, z.B. I₂=0,5A (Lastanteil 0,05A), macht sich der nahezu lastunabhängige Magnetisierungsstrom dagegen deutlich stärker bemerkbar und der reale Wirkungsgrad sinkt.
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