Umwandlungsverhältnis: wie es funktioniert und warum es wichtig ist

Damit ein Transformator die Spannung zwischen verschiedenen Teilen des Netzes in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen effektiv ändern kann, muss er ein genau definiertes Übersetzungsverhältnis haben (auch Transformatorübersetzung genannt). Dies ist ein grundlegender Parameter eines jeden Transformators. Er bestimmt, wie sich die Spannung zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang, d.h. zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, verändert.

Umwandlungsverhältnis

Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der Anzahl der Windungen an der Primärspule und der Anzahl der Windungen an der Sekundärspule des Transformators. Es bestimmt, wie sich die elektrische Spannung verändert, wenn sie den Transformator durchläuft. Es wird mit dem Buchstaben k bezeichnet . In der Praxis wird es oft auch als das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung bezeichnet.

Zwei Grundtypen von Transformatoren nach dem Übersetzungsverhältnis

Das Übersetzungsverhältnis ist ein grundlegender Indikator dafür, wie ein Transformator seine elektrischen Parameter an die Anforderungen eines bestimmten Geräts oder Netzwerks anpasst:

• Abwärtstransformator (k > 1): er wird verwendet, um die Spannung zu reduzieren. Ein Beispiel ist ein Adapter, der 230 V in 12 V für Haushaltsgeräte umwandelt.
• Aufwärtstransformator (k < 1): wird verwendet, um die Spannung zu erhöhen, z.B. bei der Übertragung von Strom von Quellen zu Netzen.

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Wie wird das Umwandlungsverhältnis berechnet?

Die Berechnung des Übersetzungsverhältnisses ist einfach. Wie wir bereits angedeutet haben, wird das Übersetzungsverhältnis entweder durch die Anzahl der Windungen der Wicklungen oder durch die Spannungen ausgedrückt. Die beiden Ausdrücke sind mathematisch gleichwertig: k = U₁ / U₂ = N₁ / N₂, wobei:

• k = Umwandlungsverhältnis
• _U1, U2₌ Spannungen an den Primär- und Sekundärwicklungen
• _N1, N2₌ Anzahl der Windungen auf den Primär- und Sekundärwicklungen

Umwandlungsverhältnis und seine Bedeutung in der Praxis

Die richtige Einstellung des Übersetzungsverhältnisses hat einen großen Einfluss auf den Betrieb elektrischer Geräte und ganzer Verteilungsnetze:

• Effiziente Stromübertragung: Bei der Stromübertragung über große Entfernungen wird die Spannung mit Hilfe von Transformatoren mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis erhöht. Dadurch lassen sich der Strom und damit die Leitungsverluste reduzieren. Für die Verteilung an die Haushalte wird die Spannung wiederum mit Hilfe von Abspanntransformatoren reduziert.
• Spannungsanpassung für verschiedene Geräte: Mit dem richtigen Übersetzungsverhältnis können wir die Ausgangsspannung elektrischer Geräte so anpassen, dass sie sicher und zuverlässig arbeiten.
• Mess- und Schutzsysteme: Strom- und Spannungswandler ermöglichen die sichere Überwachung von Hochspannungsströmen, indem sie diese mit einem genau definierten Übersetzungsverhältnis in kleinere, messbare Werte umwandeln.
• Industrie- und Spezialanwendungen: Spezialtransformatoren mit atypischen Übersetzungsverhältnissen werden häufig in der Industrie eingesetzt. Sie ermöglichen bestimmte Spannungsniveaus für Maschinen, Leitungen oder Laborgeräte. Denn ohne die richtige Einstellung des Übersetzungsverhältnisses würden diese Geräte nicht funktionieren.

Das Übersetzungsverhältnis ist daher ein Schlüsselparameter eines jeden Transformators und bestimmt, wie sich die Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Geräts ändert. Sein korrektes Verständnis und seine korrekte Berechnung sind für das Design, die Einrichtung und den sicheren Betrieb elektrischer Systeme unerlässlich.

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