Wie funktioniert ein Autotransformator?
Ein elektrischer Spartransformator ist eine Art von Transformator mit einer einzigen Wicklung und mehreren Spannungsanzapfungen. Er funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.
Wenn ein Wechselstrom (AC) an die Primärseite des Spartransformators angelegt wird, erzeugt er ein Magnetfeld in der Wicklung. Dieses Magnetfeld induziert in der Wicklung eine Spannung, die dann auf die Sekundärseite übertragen wird. Die Primär- und die Sekundärseite des Spartransformators teilen sich einen Teil der Wicklung. Die Spannung wird durch das Verhältnis der Anzahl der Windungen zwischen der Primär- und der Sekundärseite transformiert. Durch Anzapfen verschiedener Abschnitte der Wicklung kann der Spartransformator das Spannungsverhältnis einstellen. Ein Beispiel: Wenn die Primärseite doppelt so viele Windungen hat wie die Sekundärseite, ist die Sekundärspannung halb so groß wie die Primärspannung.
Für den Reduktionsbetrieb wird die Primärseite an einen höheren Spannungsabgriff angeschlossen, während die Sekundärseite an einen niedrigeren Spannungsabgriff angeschlossen wird. Dadurch verringert sich die Spannung auf der Sekundärseite im Vergleich zur Primärseite.
Vorteile der Spartransformatortechnik
Der Spartransformator bietet einige Vorteile gegenüber einem üblichen Transformator. Er ist im Allgemeinen effizienter, da die Leistung direkt zwischen der Primär- und der Sekundärseite durch die gemeinsame Wicklung übertragen wird. Außerdem ist er in der Regel kleiner, leichter und kostengünstiger als ein normaler Transformator mit getrennten Wicklungen für die Primär- und Sekundärseite. Aufgrund der gemeinsamen Wicklung gibt es keine galvanische Trennung zwischen der Primär- und der Sekundärseite. Es besteht eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Primär- und der Sekundärseite, was bedeutet, dass ein Fehler auf einer Seite auch die andere Seite beeinflussen kann.
Elektromagnetische Induktion
Elektrische Transformatoren nutzen die elektromagnetische Induktion, um elektrische Energie zwischen verschiedenen Spannungsebenen zu übertragen. Der Spartransformator besteht aus einer gemeinsamen Wicklung, die sowohl als Primär- als auch als Sekundärwicklung dient. Die Wicklung ist in verschiedene Abschnitte unterteilt, und jeder Abschnitt ist mit einer Anzapfung verbunden. Die Anzapfpunkte ermöglichen eine Variation des Spannungsverhältnisses.
Unter elektromagnetischer Induktion versteht man das Phänomen, dass ein wechselndes Magnetfeld einen elektrischen Strom in einem Leiter induziert. Es wurde erstmals von Michael Faraday im frühen 19. Jahrhundert entdeckt und ist ein Grundprinzip des Elektromagnetismus. Nach dem Faraday'schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion wird bei einer Änderung des Magnetfeldes in einem Leiter eine elektromotorische Kraft (EMK) in den Leiter induziert. Diese induzierte EMK führt dann zur Erzeugung eines elektrischen Stroms, wenn ein geschlossener Leitungspfad vorhanden ist. Der Prozess der elektromagnetischen Induktion lässt sich wie folgt zusammenfassen: - Änderung des Magnetfeldes: Wenn sich die Stärke oder die Richtung eines Magnetfelds, das einen Leiter durchfließt, ändert, entsteht ein sich ändernder magnetischer Fluss. - Induzierte EMK: Der sich ändernde magnetische Fluss durch den Leiter induziert eine elektromotorische Kraft (EMK) oder Spannung über dem Leiter. Die EMK ist proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses. - Elektrischer Strom: Wenn der Leiter eine geschlossene Schleife bildet oder an einen vollständigen Stromkreis angeschlossen ist, bewirkt die induzierte EMK, dass elektrische Ladungen fließen, was zu einem elektrischen Strom führt.