Transformatoren

Ein Gerät, das mithilfe von Induktion Spannungen von einem Wert in einen anderen transformiert, wird als Transformator bezeichnet. Ein Transformator besteht aus zwei separaten Spulen oder Wicklungen, die um denselben Weicheisenkern gewickelt sind. Sie sind jedoch elektrisch voneinander isoliert.

Der Eisenkern hat eine hohe relative Permeabilität. Dadurch werden die durch den Strom in einer Wicklung erzeugten magnetischen Feldlinien nahezu vollständig im Kern eingeschlossen, sodass der gleiche magnetische Fluss jede Windung der Primär- und Sekundärwicklungen durchdringt und die gegenseitige Induktivität der beiden Wicklungen maximiert.

Die Primärwicklung hat N_P Schleifen oder Windungen und ist mit einer Wechselspannungsquelle verbunden. Die Sekundärwicklung hat N_S Windungen und ist mit einem Lastwiderstand verbunden. In einem idealen Transformator erzeugt die auf die Primärwicklung aufgebrachte Wechselspannung einen magnetischen Fluss, der eine EMK in der Sekundärwicklung induziert. Daher muss die an den Lastwiderstand abgegebene Ausgangsspannung der induzierten EMK über der Sekundärwicklung entsprechen. Folglich entspricht das Verhältnis der sekundären EMK zur primären EMK dem Verhältnis von Sekundär- zu Primärwindungen. Wenn die Wicklungen keinen Widerstand haben, sind die induzierten EMKs gleich den Klemmspannungen über den Primär- und Sekundärwicklungen und werden wie folgt gegeben:

Diese Gleichung wird oft als Transformatorgleichung abgekürzt. In einem idealen Fall werden auch Energieverluste durch magnetische Hysterese, ohmsche Erwärmung in den Wicklungen und ohmsche Erwärmung der induzierten Wirbelströme im Kern vernachlässigt.

Die induzierte EMK in der Sekundärwicklung erzeugt einen Wechselstrom, der Energie an das angeschlossene Gerät liefert. Alle Ströme und EMKs haben dieselbe Frequenz wie die Wechselstromquelle.