transformieren

Umwandeln bedeutet, mit einem Transformator die Spannungs- und Strommerkmale eines Wechselsignals zu verändern. Ein Transformator bewirkt dies durch elektromagnetische Induktion: Ein sich änderndes Magnetfeld in einer Spule induziert eine Spannung in einer zweiten Spule. Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärspule bestimmt die Ausgangsspannung. Ein Hochspannungstransformator erhöht die Spannung und verringert den Strom; ein Niederspannungstransformator bewirkt das Gegenteil. Die Leistung (gemessen in Watt oder Kilovoltampere) bleibt zwischen den Spulen nahezu konstant, Verluste ausgenommen.

Industrietransformatoren reichen von kleinen Steuertransformatoren mit einigen hundert Watt bis zu großen Leistungstransformatoren mit Nennleistungen im Bereich von hunderten Megavoltampere. Ein Drehstrom-Leistungstransformator in einer Umspannstation könnte 138 kV auf 13,8 kV für die Verteilung zu einer Fabrik umwandeln. Ein Einphasen-Steuertransformator könnte 480 V auf 120 V für Steuerkreise und Anzeigelampen herabsetzen. Die Kernmaterialien sind unterschiedlich: Stahlblech-Laminate für Niederfrequenzanwendungen, Ferrit für höhere Frequenzen und Luftkerne für spezielle Anwendungen.

Wirkungsgrad und Ausfallarten

Ideale Transformatoren haben keine Verluste, aber echte Geräte erleiden Kernverluste (Hysterese- und Wirbelstromverluste im Magnetmaterial) und Kupferverluste (Wärmeerzeugung in den Wicklungen). Der Wirkungsgrad liegt typischerweise zwischen 95 Prozent bei kleinen Geräten und 99 Prozent bei großen, gut ausgelossenen Leistungstransformatoren. Transformatoren fallen aus, wenn die Isolation durch Alter, Übertemperatur oder Überspannung zusammenbricht; wenn Wicklungen wegen mechanischer Beschädigungen oder Feuchte kurzgeschlossen werden; oder wenn der Kern durch Gleichstromvormagnetisierung oder extremen Überstrom in die Sättigung geht.

Das Verb umwandeln wird auch allgemeiner in der Elektrotechnik verwendet, um jede Umwandlung von Spannungs- oder Strommerkmalen zu beschreiben, auch wenn das zugrunde liegende Gerät nicht streng ein Transformator ist. In der Leistungselektronik wandeln Gleichrichter und Wechselrichter auch Wechselstrom in Gleichstrom oder umgekehrt um, obwohl der Mechanismus unterschiedlich ist. Innerhalb von transformatorspezifischen Kontexten ist der Begriff präzise und eindeutig.