Wie funktioniert ein Transformator?

Transformatoren begegnen uns eigentlich oft. Angefangen bei der Modelleisenbahn, über Netzteile bis hin zu großen Umspannwerken, die man hier und da mal in der Landschaft stehen sieht. Aber was macht ein Transformator eigentlich?

Nun gut, in aktuellen Netzteilen und insbesondere in einem ATX Netzteil eines Computers kommen normale Transformatoren im Grunde nicht mehr vor. Bei Computernetzteilen spielten sie allenfalls bei alten XT Netzteilen eine Rolle. Mittlerweile sind die Netzteile als Schaltnetzteile ausgelegt und funktionieren dementsprechend anders.

Das mag jetzt fast so klingen, als seien Transformatoren veraltete Technik. Aber diese Annahme ist grundlegend falsch. Transformatoren sind selbstverständlich wichtige Bauteile in der Elektronik und Elektrotechnik, welche vielseitig eingesetzt werden.

Der Zweck eines Trafos

Der grundsätzliche Zweck eines Trafos besteht darin, eine Eingangswechselspannung in eine andere Ausgangswechselspannung umzuwandeln. Ein normaler Trafo, wie man sie auch bei dem einen oder anderen Transformatoren-Hersteller kaufen kann, besteht aus zwei aus isoliertem Kupferdraht gewickelten Spulen. Diese Wicklungen sitzen auf einem gemeinsamen Magnetkern.

Das Interessante dabei ist, dass das Verhältnis der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung dem Verhältnis der Windungsanzahlen der beiden Spulen entspricht. Nimmt man beispielsweise ein Windungsverhältnis von 20 zu 1, dann kann man zum Beispiel 240 Volt als Eingangsspannung anlegen. Dies transformiert der Trafo dann zu einer Ausgangsspannung von 12 Volt. Je nach Auslegung des Wicklungsverhältnisses kann die Ausgangsspannung aber auch durchaus größer als die Eingangsspannung sein.

Wie wird nun aus viel Spannung wenig Spannung und umgekehrt?

Aber wie genau macht ein Trafo das? Nun, an der Stelle wird es sehr theoretisch. Einfach erklärt funktioniert ein Trafo so:

Die angelegte Wechselspannung erzeugt in der ersten Spule ein Magnetfeld und, einfach gesagt, ändert sich der magnetische Fluss mit der Frequenz der Wechselspannung. Dank des Magnetkerns des Trafos sind beide Spulen miteinander verbunden, dementsprechend durchlaufen die magnetischen Feldlinien der ersten Spule auch die zweite Spule.

Alles eine Frage von Magnetfeldern und Induktion

Und an dieser Stelle landen wir beim Thema Induktion. Und das Induktionsgesetz sagt: Die induzierte Spannung ist gleich der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses. Das bedeutet im Fall des Trafos, dass in der zweiten Spule eine Spannung induziert wird, weil ein sich ständig änderndes Magnetfeld auf sie einwirkt. Wäre die Anzahl der Wicklungen bei beiden Spulen gleich, dann würde die induzierte Spannung der zweiten Spule genau der Eingangsspannung der ersten Spule entsprechen. Ansonsten gilt, wie weiter oben schon erwähnt, dass wenn man die Zahl der Wicklungen der zweiten Spule verringert, auch die Höhe der induzierten Spannung verringert wird. Und umgekehrt: Erhöht man die Zahl der Wicklungen der zweiten Spule, erhöht man auch die induzierte Spannung.

So funktioniert, sehr einfach erklärt, grundsätzlich ein Transformator.