Transformator
1. Erklären Sie das Prinzip und die Verwendung eines Transformators in einem Wechselstromkreis.
Lösung:
Ein Transformator ist ein Gerät, das Wechselspannung und Wechselstrom in Wechselspannung und Wechselstrom mit unterschiedlichen Werten, jedoch gleicher Frequenz umwandelt.
Ein Einphasen-Transformator hat folgende Teile:
- Kern aus Weicheisen (geschlossen)
- Primärspule (N1, U1, I1), die an die Wechselstromquelle angeschlossen ist
- Sekundärspule (N2, U2, I2) dient als Quelle des transformierten Stroms und der transformierten Spannung
Transformationsverhältnis:
Wenn k>1 ⇒
Hochspannungstransformation
Wenn k<1 ⇒ Niederspannungstransformation
Leistung in der Primärspule
Leistung in der Sekundärspule
Wirkungsgrad des Transformators:
2.Vervollständigen Sie die Tabelle:
Lösung:
3.Der Transformator hat N1 = 1000 und N2 = 150 Windungen. Die Primärspule ist an eine Spannung von U1 = 220V angeschlossen und führt einen Strom von I1 = 0.3A. Wie groß sind Spannung und Strom an der Sekundärspule?
Lösung:
Analyse:
An den Klemmen der Sekundärspule beträgt die Spannung U2 = 33V und der Strom I2 = 2A.
4.Die Primärspule des Transformators führt einen Strom von 0.2A bei einer Spannung von 220V. Die Sekundärspule führt einen Strom von 6A und die Spannung an ihren Klemmen beträgt 6.3V. Bestimmen Sie den Wirkungsgrad des Transformators.
Lösung:
Analyse:
Der Wirkungsgrad des Transformators beträgt η = 86%.
5.Die Primärspule eines Transformators hat 1000 Windungen, die Sekundärspule 1500 Windungen. Der Transformator ist an eine sinusförmige Wechselspannung von 220V angeschlossen. Wie groß ist die Spannung an der unbelasteten Sekundärspule? Wie groß ist die Spannung an der belasteten Sekundärspule, wenn der Widerstand ihrer Wicklung R2 = 2Ω beträgt und sie einen Strom von I2 = 4A führt?
Lösung:
Analyse:
N1 = 1000, N2 = 1500, U1 = 220V, R2 = 2Ω, I2 = 4A.
Die Spannung an der unbelasteten Sekundärspule beträgt U2 = 330V; unter Last beträgt sie U‘2 = 322V.
6.Ein Induktionsofen besteht aus einem Transformator, dessen Sekundärspule eine einzige geschlossene Windung in Form einer Rinne ist, in die das zu schmelzende Material gelegt wird. Berechnen Sie den Strom im Sekundärkreis mit einem Widerstand von 0.01Ω. Die Primärspule hat 60 Windungen und ist an eine Wechselspannung von 240V angeschlossen. Wie viel Joulesche Wärme wird in der Sekundärspule in 1 Minute freigesetzt?
Lösung:
Analyse:
In der Sekundärspule werden 96kJ Wärme freigesetzt.
7.Die Primärspule eines Transformators hat 2400 Windungen und eine Eingangsleistung von 2000W. Wie groß sind Spannung und Strom in der Sekundärspule, wenn der Wirkungsgrad η = 90% beträgt und die Sekundärspule 120 Windungen hat? Die Spannung an der Primärspule beträgt 2200V.
Lösung:
Analyse:
An der Sekundärspule beträgt die Spannung U2 = 110V, der Strom I2 = 16.4A.
8.Die Primärspule eines Transformators hat 2400 Windungen, einen Widerstand von 120Ω, ist an eine Wechselspannung von 2200V angeschlossen und hat eine Eingangsleistung von 2000W. Die Sekundärspule hat 120 Windungen und einen Widerstand von 0.05Ω.
- Bestimmen Sie Spannung und Strom in der Sekundärspule, wenn η = 90%.
- Welche Energieverluste entstehen durch Erwärmung der Spulen pro Sekunde?
Lösung:
Analyse:
- An der Sekundärspule: U2 = 110V und I2 = 16.4A.
- 112.57 J Wärme werden für die Erwärmung der Spulen verbraucht.