Mathe & Formeln

Transformator berechnen

Tragen Sie Primärspannung, beide Windungszahlen, den Strom auf der Sekundärseite und den Wirkungsgrad ein. Der Rechner zeigt Ausgangsspannung, Leistungen und den Strom, den der Trafo aus dem Netz zieht.

Ihr Transformator
Strom, den der angeschlossene Verbraucher zieht.
Kleine Trafos oft 80 bis 90 %, große über 95 %. 100 % für den idealen Trafo.
Ergebnis

Wie ein Transformator Spannung umsetzt

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern. Fließt Wechselstrom durch die Primärspule, entsteht ein wechselndes Magnetfeld, das in der Sekundärspule eine Spannung induziert. Das Verhältnis der Spannungen entspricht dem Verhältnis der Windungszahlen. Mit wenigen Windungen auf der Sekundärseite wird die Spannung herabgesetzt, mit vielen hochgesetzt.

Der Rechner bestimmt die Sekundärspannung aus Primärspannung und Windungszahlen. Gibt man zusätzlich den Strom an, den ein Verbraucher auf der Sekundärseite aufnimmt, folgen die abgegebene Leistung und über den Wirkungsgrad die aufgenommene Leistung. Daraus ergibt sich der Primärstrom. Die Differenz der beiden Leistungen wird im Trafo als Wärme frei.

Ein Kennwert für den Wicklungsentwurf ist die Zahl der Windungen pro Volt. Sie hängt vom Kernquerschnitt und der Flussdichte ab und ist bei kleinen Trafos höher als bei großen. Kennt man diesen Wert eines vorhandenen Kerns, lässt sich die nötige Windungszahl für eine neue Sekundärwicklung direkt abschätzen.

U2=U1⋅N2N1; P2=U2×I2; P1=P2η; I1=P1U1U_{2} = \frac{U_{1} \cdot N_{2}}{N_{1}};\ P_{2} = U_{2} \times I_{2};\ P_{1} = \frac{P_{2}}{η};\ I_{1} = \frac{P_{1}}{U_{1}}

Beispiel: 230 V primär, 1.150 zu 60 Windungen, 2 A sekundär, Wirkungsgrad 95 Prozent: Sekundärspannung 12 V, Übersetzungsverhältnis 19,17, abgegebene Leistung 24 W, aufgenommene Leistung 25,26 W, Primärstrom 0,1098 A, Verluste 1,26 W, 5 Windungen pro Volt.

Ideal und real: worauf es ankommt

Beim idealen Transformator bleibt die Leistung erhalten: Wird die Spannung durch 19 geteilt, steigt der Strom um den gleichen Faktor. Reale Trafos haben Kupferverluste in den Wicklungen und Eisenverluste im Kern. Deshalb ist die aufgenommene Leistung etwas höher als die abgegebene. Der Wirkungsgrad im Eingabefeld bildet diese Verluste vereinfacht ab.

Die berechnete Sekundärspannung gilt für den Leerlauf beziehungsweise den idealen Trafo. Unter Last sinkt die Spannung durch den Widerstand der Wicklungen etwas ab. Hersteller wickeln die Sekundärseite deshalb oft mit einigen Prozent mehr Windungen. Kleine Netztrafos können im Leerlauf spürbar über der Nennspannung liegen, das ist normal.

Hinter dem Trafo folgt häufig ein Gleichrichter mit Ladekondensator. Die Gleichspannung liegt dann ungefähr beim Scheitelwert, also beim 1,41-Fachen der Effektivspannung, abzüglich der Diodenspannung. Aus 12 V Wechselspannung werden so rund 15 V Gleichspannung. Für die Auslegung der Pufferkapazität hilft der Kondensator-Rechner.

Transformatoren arbeiten nur mit Wechselspannung, Gleichspannung lässt sich damit nicht umsetzen. Arbeiten an 230 V dürfen nur Elektrofachkräfte ausführen. Der Rechner eignet sich für Ausbildung, Schule und Entwurf; für sicherheitsrelevante Geräte sind die Angaben des Herstellers und die einschlägigen Normen maßgeblich.

Tipps und typische Fehler

Trafos richtig auslegen.

  • Leistung: Reserve wählen.
  • Leerlauf: Spannung höher.
  • Sicherung: Primär absichern.
  • Netz: Nur Fachkraft.

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Häufige Fragen

Wie berechne ich die Sekundärspannung?

U₂ = U₁ × N₂ ÷ N₁, also Primärspannung mal Windungsverhältnis.

Wie verhalten sich die Ströme am Trafo?

Umgekehrt zu den Spannungen: Sinkt die Spannung, steigt der Strom.

Warum ist die Leerlaufspannung höher?

Unter Last fällt an den Wicklungen Spannung ab, im Leerlauf nicht.

Funktioniert ein Trafo mit Gleichspannung?

Nein, er braucht ein wechselndes Magnetfeld und damit Wechselspannung.

Was ist ein Ringkerntrafo?

Ein Trafo mit ringförmigem Kern, kompakt und mit geringem Streufeld.

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