Transformator

Transformator, elektronisches Gerät, das mindestens zwei elektrisch getrennte Drahtspulen enthält, die im Prinzip magnetisch miteinander gekoppelt sind. Die Übertragung der elektrischen Energie von der ersten Spule (Primärspule) auf die zweite Spule (Sekundärspule) erfolgt durch Induktion (siehe Elektrizität). Zur Verminderung so genannter Wirbelströme enthalten die Spulen lamellierte Eisenkerne. Grob gesehen entspricht die elektrische Spannung an den Wicklungen der Spulen der Anzahl der Windungen.

Netztransformatoren kommen sowohl in Stromversorgungsnetzen zum Einsatz, sie werden aber auch in Elektrogeräten eingebaut (siehe Elektronik). Industrie- und Wohnanlagen-Netztransformatoren, die mit der Leitungsfrequenz (50 Hertz in Großbritannien und Deutschland) arbeiten, sind entweder ein- oder dreiphasig und für hohe Spannungen und Ströme konstruiert. Leistungsfähige Stromübermittlung erfordert einen Transformator, der die Spannung (mehrere tausend Volt) am Kraftwerk erhöht und die Stromstärke entsprechend erniedrigt. Da die Energieverluste in der Leitung proportional zum Quadrat von Strom mal Leitungswiderstand sind, werden in Überlandleitungen Hochspannungen und geringe Ströme angestrebt, um die Verluste niedrig zu halten. Am Empfangspunkt reduzieren Transformatoren die Spannung und erhöhen die Stromstärke. Die Höhe der elektrischen Spannung in Haushalten und in der Industrie liegt meist zwischen 220 und 240 Volt.

Netztransformatoren müssen effizient arbeiten und dürfen während des Transformationsprozesses möglichst wenig Energie in Form von Wärme abgeben. Ein hoher Wirkungsgrad wird durch spezielle Stahllegierungen zur Kopplung der induzierten Magnetfelder zwischen Primär- und Sekundärwicklungen erreicht. Selbst Verluste von 0,5 Prozent der übertragenen Energie in einem großen Transformator erzeugen enorme Wärmemengen, die spezielle Kühlanlagen erfordern. Typische Netztransformatoren sind in versiegelten Behältern untergebracht und enthalten Öl oder andere Kühlmittel (z. B. Chlorbiphenyle), um die Wärme auf äußere Kühloberflächen zu leiten.

In elektronischen Anlagen werden Transformatoren mit einer Leistung in der Größenordnung von einem Kilowatt sehr häufig vor einem Gleichrichter eingesetzt, der die Anlage mit Gleichstrom versorgt (siehe Gleichrichtung). Im Bereich von einem bis 100 Watt Leistung verwendet man Transformatoren für die Kopplung von elektronischen Schaltkreisen mit Lautsprechern in Radios, Fernsehgeräten und Stereoanlagen (siehe Tonaufnahme und -wiedergabe). Diese Transformatoren werden nur mit einem Bruchteil ihrer Leistungsspanne eingesetzt, um Signale im hörbaren Bereich mit minimaler Verzerrung zu liefern. Man teilt Transformatoren nach ihrer Fähigkeit ein, Schallwellenfrequenzen (20 Hertz bis 25 Kilohertz) mit minimaler Verzerrung, aber dem vollständigen Klangniveau wiederzugeben (siehe Frequenz; Schall).

Im Leistungsbereich von einem Milliwatt oder weniger setzt man Transformatoren hauptsächlich dazu ein, um z. B. UKW-Frequenzen (auch VHF: Very High Frequency), Hochfrequenzen (HF) und Zwischenfrequenzen (ZF) miteinander zu koppeln und ihre Spannung zu erhöhen. Diese Hochfrequenz-Transformatoren arbeiten meistens in Abstimm- oder Resonanzschaltungen, bei denen eine (Fein-)Abstimmung elektrisches Rauschen auf Frequenzen außerhalb des gewünschten Übermittlungsbereichs unterdrücken soll.