Remanenz und Sättigung bei der Magnetisierung.

Hintergrund- und Zusatzinformation, PowerPoint-Präsentation, Angebot für Schulen

1.) Der Wirkungsgrad eines Transformators.

Transformatoren haben immer Verluste. Ein Teil der an der Primärseite zugeführten Energie führt zur Erwärmung in den Drähte der beiden Spulen. Ein anderer Teil führt zur Erwärmung des Transformatorkernes aus Eisenblechen oder ähnlichen Materialien. Warum erwärmen sich die Transformatorbleche? Transformatoren nutzen die Induktion 2. Art: damit in der Sekundärspule eine Induktionsspannung überhaupt entstehen kann, muss sich Stärke und Polung des Magnetfeldes im Transformatorkern ständig ändern. (Dies wird durch eine Änderung der Stromstärke in der Primärspule bewirkt, die von einer Wechselspannung gespeist wird). Das bedeutet, die Elementarmagnete müssen ständig "umgepolt" werden - der Transformatorkern erwärmt sich dabei mehr oder weniger stark. Dazu ist natürlich Energie nötig, die dann - nach dem Energieerhaltungssatz - an der Sekundärspule nicht mehr zur Verfügung stehen kann.

Man bekommt bei einem realen Transformator also prinzipiell auf der Sekundärseite immer weniger Energie heraus, als man auf der Primärseite "hineingesteckt" hat.

Man bezeichnet den Quotienten aus der Energiemenge, die man der Sekundärspule entnehmen kann und der Energiemenge, die man der Primärspule zuführt als Wirkungsgrad.

Zwei Beispiele:

a) Bei einem idealen (theoretischen) Transformator gibt es keine Verluste, die zugeführte Energie (Primärspule) und die entnommene Energie (Sekundärspule) sind gleich groß. Der Wirkungsgrad ist dann 1 oder 100%.

b) Bei einem schlechten, realen Transformator steht z.B. nur 1/3 der an der Primärspule zugeführten Energie an der Sekundärspule zur Verfügung, 2/3 der Energie erwärmen den Transformator (s.o.). Dann ist der Wirkungsgrad nur 1/3 oder etwa 33%.

2.) Auf der Suche nach Optimierungen.

Nun möchte man Transformatoren natürlich so konstruieren, dass die Verluste klein sind und der Wirkungsgrad damit möglichst groß wird.

Man wird also zunächst nach geeigneten Kernmaterialien und Bauformen für Transformatoren suchen.

Weiterhin wird man versuchen, zu verhindern, dass alle Elementarmagnete vollständig ausgerichtet sind, dass das Transformatormaterial also - wie man sagt - in die Sättigung geht.
Es kostet nämlich besonders viel Energie, Elemenarmagnete aus dieser perfekten Ordnung wieder umzupolen, was den Wirkungsgrad des Transformators reduziert.

Der Einschaltstrom in der Primärspule sollte daher begrenzt werden, damit es nicht zu dieser Sättigung kommt. Dies kann man am besten durch eine geeignete Elektronik erreichen, die man in die Zuleitung zur Primärspule des Transformators schaltet.

3.) Download eines Vortrags zu dem Thema.

Michael Konstanzer von der Firma emeko nahe Freiburg hat sich ausführlich mit dieser Problematik befasst und ein elektronisches "Sanft-Einschalt-Verfahren" für Transformatoren entwickelt, das den Wirkungsgrad von Transformatoren erhöht und die Gefahr einer Überhitzung des Transformators beseitigt. In einem Powerpoint-Vortrag geht er auf den Wirkungsgrad des Transformators und die Probleme mit der Sättigung des Transformatormaterials beim Einschalten ein. Man lernt etwas über Remanenz und die sogenannten Hysteresekurven. Ähnlich, wie auch ein Gummiband zunächst noch etwas verformt bleibt, wenn die verformende Kraft nicht mehr wirkt, reagieren auch die Elementarmagnete bei ihrer Ausrichtung nicht sofort auf eine Änderung des Magnetfeldes, sondern erst mit einer gewissen Verzögerung. Die Hysteresekurven beschreiben sozusagen die "Trägheit dieser Änderung". Dies hat auch viel mit den "erzwungenen Schwingungen" in der Mechanik zu tun, über die du etwas in der Oberstufe lernst. Man kann den Vortrag hier herunterladen.( 2,28 MB) (Mit freundlicher Genehmigung durch Herrn Konstanzer)

4.) Angebot für die Schulen.

Herr Konstanzer hat sich auch bereit erklärt, Schülerinnen und Schülern die Geheimnisse des Transformators nahezubringen und dazu in die Schulen zu kommen, ein Angebot, das ganz besonders für den Großraum Freiburg von Interesse sein dürfte.

Kontakt:

emeko Ing. Büro Michael Konstanzer,

D79114 Freiburg , Britzingerstr. 36,
Tel. 0(049) 761 4418 03,
Fax: 0(049) 761 4418 88
Internet: www.emeko.de
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