Physikalisches Praktikum f¨ur Physiker - Physikalisches Institut
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Versuchsaufbau<br />
TR<br />
TR<br />
Transformator<br />
Für den Fall eines verschwindenden Lastwiderstands (Kurzschluss) erhält man aus Gleichung<br />
TR.19<br />
I 1 (t)<br />
I 2 (t) = −L 2<br />
M = −n 2<br />
,<br />
(TR.23)<br />
n 1<br />
also genau die aufgrund der Leistungsbilanz erwartete Beziehung. Die Rechnung für den<br />
realen Transformator ist aufwändig, liefert jedoch qualitativ ähnliche Ergebnisse.<br />
Zusammenfassend lassen sich folgende wichtige Eigenschaften eines Transformator nennen:<br />
1. Es können Wechselspannungen in einem festen Verhältnis, das im Idealfall proportional<br />
dem Verhältnis der Windungszahlen (Gl. TR.12) ist, transformiert werden.<br />
2. Die Wirkströme werden umgekehrt proportional zu den Spannungen transformiert<br />
(Gl. TR.17), d.h. die Erzeugung hoher Spannungen führt zu kleinen Wirkströmen und<br />
umgekehrt.<br />
3. Auch im Leerlauf (Sekundärseite unbelastet) fließt auf der Primärseite der Magnetisierungsstrom<br />
(Gl. TR.9), der nur beim idealen Transformator keine Leistung aufnimmt.<br />
4. Transformatoren reagieren nur auf zeitlich veränderliche Spannungen, eine zeitlich<br />
konstante Potenzialdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite bleibt unbeeinflusst<br />
(Trenntransformator).<br />
R 1<br />
111000<br />
01<br />
111000<br />
01<br />
111000<br />
01<br />
111000<br />
01<br />
Trenntrafo<br />
4:1<br />
Zweikanal-<br />
Oszilloskop<br />
I<br />
U 1 U<br />
1 V<br />
1<br />
I 1<br />
A<br />
Abbildung TR.1: Schaltplan<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
00 1101<br />
00 11<br />
A<br />
V<br />
V<br />
U<br />
R<br />
Φ<br />
4. Versuchsaufbau<br />
Zwischen dem zu untersuchenden Transformator und dem Netz ist ein Trenntransformator<br />
geschaltet, der die Primärspannung auf etwa 50 V reduziert. Neben der Primär- und Sekundärspule<br />
besitzt der Messtransformator noch eine weitere Spule. Die Spannung U Φ , die<br />
an dieser Spule abgegriffen werden kann, ist ein Maß für den magnetischen Fluss.<br />
Der Versuch ist nach dem in Abb. TR.1 gezeigten Schaltplan aufzubauen. Es ist insbesondere<br />
darauf zu achten, die Messinstrumente entsprechend ihrer Verwendung (Spannungs- oder<br />
Strommessung) zu schalten. Als Messbereiche werden verwendet:<br />
• Primärspannung U 1 < 200 V, Primärstrom I 1 < 200 mA<br />
• Sekundärspannung U 2 < 20 V, Sekundärstrom I 2 < 2 A<br />
• Spannung U Φ < 20 V<br />
Die Messung darf erst begonnen werden, nachdem die Schaltung durch den Assistenten<br />
kontrolliert wurde. Die Messung des Phasenwinkels ϕ zwischen dem Primärstrom I 1 und<br />
der Primärspannung U 1 erfolgt mit Hilfe eines Zweikanal-Oszilloskops, indem an die Vertikalablenkplatten<br />
eine dem Primärstrom bzw. der Primärspannung proportionale Spannung<br />
gelegt wird. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Schwingungen ergibt sich aus der<br />
Beziehung<br />
ϕ<br />
2π = ∆t . (TR.24)<br />
T<br />
109<br />
Amplitude [w.E]<br />
1.5<br />
1.0<br />
0.5<br />
0.0<br />
-0.5<br />
-1.0<br />
-1.5<br />
U 1 I 1<br />
T<br />
∆t<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Zeit [w.E.]<br />
Abbildung TR.2: Phasenbeziehung zwischen U 1 und I 1<br />
110
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