Berechnung des Transformators – Übersetzungsverhältnis & Windungen pro Volt
Ein Transformator ist eine passive Komponente, die elektrische Energie von einem elektrischen Stromkreis in einen anderen überträgt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie weltweit. Diese wesentlichen Geräte ermöglichen den effizienten Transfer elektrischer Energie zwischen Stromkreisen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus und gewährleisten die Zuverlässigkeit und Stabilität moderner Stromsysteme. In diesem Artikel werden wir die Prinzipien hinter Transformatoren, ihre verschiedenen Typen und ihre weit verbreiteten Anwendungen in unserem täglichen Leben erkunden.
Berechnung des Übersetzungsverhältnisses und der Windungen pro Volt
Die Berechnung eines Transformators beinhaltet die Bestimmung seiner Spezifikationen basierend auf den erforderlichen Eingangs- und Ausgangsspannungen, dem Strom und der Leistung. Die wichtigsten Parameter sind das Übersetzungsverhältnis, die Anzahl der Windungen in den primären und sekundären Wicklungen sowie die Drahtgröße.
Übersetzungsverhältnis
Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis der Anzahl der Windungen in der Primärwicklung (Np) zur Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung (Ns). Es bestimmt das Verhältnis zwischen der Eingangs- (primär) und Ausgangs- (sekundär) Spannung eines Transformators. Das Übersetzungsverhältnis kann wie folgt ausgedrückt werden:
Übersetzungsverhältnis (N) = Np / Ns
Nach der grundlegenden Spannungsgleichung des Transformators ist das Verhältnis der Primärspannung (Vp) zur Sekundärspannung (Vs) gleich dem Übersetzungsverhältnis:
Vp / Vs = Np / Ns
Windungen pro Volt
Windungen pro Volt ist ein Parameter im Transformator-Design, der die Anzahl der Windungen angibt, die für jeden Volt der Ausgangsspannung benötigt werden. Er hängt vom Kernmaterial, der Kerngröße und der Betriebsfrequenz ab. Der Wert der Windungen pro Volt hilft, die Anzahl der Windungen für die Primär- und Sekundärwicklungen zur Erreichung der gewünschten Spannungstransformation zu bestimmen.
Die Windungen pro Volt können mit der folgenden Formel berechnet werden:
Tpv = (4.44 * 104 * Ae * Bm * f) / Vp
Wobei:
- Ae ist die effektive Querschnittsfläche des Kerns (cm² oder m²)
- Bm ist die maximale Flussdichte des Kernmaterials (T, Tesla)
- f ist die Betriebsfrequenz (Hz)
- Vp ist die Primärspannung (V)
Sobald der Wert der Windungen pro Volt berechnet ist, kann die Anzahl der Windungen für die Primär- und Sekundärwicklungen bestimmt werden:
Primärwicklung Windungen (Np) = Vp * Tpv
Sekundärwicklung Windungen (Ns) = Vs * Tpv
