Transformatoren

Transformatoren (sekundäre Generatoren, Umformer), Vorrichtungen zur Überführung elektrischer Energie von bestimmter Spannung in solche von einer andern Spannung. Die elektrische Energie (A) ist dabei das ungeändert bleibende Produkt aus Spannung (E) in Stromstärke (1), Vergrößerung der Spannung bedingt also Verkleinerung der Stromstärke und umgekehrt. Ist nun W der Widerstand des Stromkreises, so ist nach dem Ohmschen Gesetz E = IW, also A = E² : W. Mit wachsendem Widerstand muß demnach auch die Spannung wachsen, während zugleich der Durchmesser des Leitungsdrahtes kleiner wird, die Kosten seiner Anlage sich also niedriger stellen. Für Arbeitsübertragungen wird man also stets hohe Spannungen wählen. Da nun einerseits die Dynamomaschinen nicht die erforderlichen hohen Spannungen liefern, anderseits die Apparate, denen der Strom zugeführt wird, elektrische Lampen, Motoren etc., nicht mit solchen betrieben werden können, so muß der Strom für derartige Zwecke zweimal transformiert werden. Je nachdem der zu übertragende Strom Gleichstrom oder Wechselstrom ist, unterscheidet man die Überführungsapparate als Umformer und als T. Ein Umformer ist nichts anderes als eine Dynamomaschine mit zwei Ankern, die auf der nämlichen Welle sitzen, und von denen der eine mit vielen Windungen dünnen, der andre mit wenigen Windungen dicken Drahtes umwickelt ist. Zu den Bürsten des einen wird der umzuformende Strom geführt, von denen des andern der umgeformte entnommen. Soll niedere Spannung in höhere umgeformt werden, so wird jener zu dem Anker mit dickem Draht, im entgegengesetzten Falle zu dem mit dünnem Drahte geleitet. Man hat auch die beiden Wickelungen auf einen Ankerkern nebeneinander gelegt, sie aber, um ein Durchschlagen von der Hochzur Niederspannungswickelung zu verhüten, zwischen beide eine kupferne, zur Erde abgeleitete Scheibe gelegt (Fernleitungsmotor, Kraftlichtdynamo). Versieht man den einen Anker statt des Kommutators mit zwei Schleifringen, auf denen die Bürsten liegen, so kann der Umformer auch dazu dienen, Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt zu verwandeln. Während die Umformer stets rotieren, sind die T. feststehende Apparate, die nach dem Muster des Rühmkorffschen Induktionsapparates gebaut sind (s. Elektrische Induktion, S. 623). Sie bestehen aus einem Eisenkern mit zwei darauf gebrachten Wickelungen aus dünnem und dickem Draht. Die eine von ihnen, die primäre, durchfließt der zu transformierende Strom, von den Enden der zweiten, der sekundären, kann der transformierte abgenommen werden. Hat z. B. jene 2760 Wickelungen, diese 138, und schickt man durch jene einen Wechselstrom von 2000 Volt Spannung, so ist die Spannung des in dieser induzierten Stromes nur 100 Volt. Ist der Transformator ferner für 20,000 Watt bemessen, so genügt für die primäre Wickelung eine Drahtstärke, die 20,000: 2000 = 10 A zu leiten vermag, ohne zu stark erhitzt zu werden, für die sekundäre eine ebensolche von 20,000:100 = 200 A. Dem Magnetkern gibt man, um die Streuung der Kraftlinien zu vermeiden, eine einfach ☐ oder doppelt geschlossene ☐☐ und legt im ersten Fall um die senkrechten Teile die primäre und sekundäre Spule, eine außerhalb der andern auf (Kern- oder Ringtransformatoren), während man im zweiten Falle am besten die eine Spule oberhalb der andern so anbringt, daß der Eisenkern für beide die Achse bildet (Mantel- oder Schalenumformer). Die Eisenteile setzt man, um ihre Erhitzung durch Wirbelströme zu vermeiden, aus Blechen zusammen, deren Flächen senkrecht zur Spulachse liegen. sorgt auch für Abkühlung durch Luftzug, indem man zwischen den Spulen und dem Kern einen Zwischenraum läßt. Die zu den Kernen brauchbaren Eisensorten müssen besondere magnetische Eigenschaften haben, namentlich der Magnetisierung und Entmagnetisierung nur geringen Widerstand (Hysteresis) entgegensetzen, deshalb vor ihrer Verwendung mit eigends dazu angegebenen Apparaten genau auf diese Eigenschaften geprüft werden. T., die sehr hohe Spannungen aushalten sollen, werden ganz in sorgfältig dazu ausgesuchtes Öl eingesetzt (Öltransformator). Mit solchen hat man Spannungen bis zu 60,000 Volt zustande gebracht. Doch haben sich Spannungen über 20,000 Volt für die Anwendungen als nicht vorteilhaft erwiesen. Für Dreiphasenstrom (Drehstrom) muß man dem Transformator drei Eisenkerne mit ihren Wickelungen geben, die aber auf demselben Joch aufgestellt sein können. Der Transformator bedarf keinerlei Wartung, muß aber so aufgestellt, bez. geschützt werden, daß eine gefahrbringende Berührung ausgeschlossen ist. Sein Wirkungsgrad beträgt bei größern 93–97 Proz., bei kleinern 90 Proz. bei voller Belastung. Vgl. Kapp, T. für Wechselstrom und Drehstrom (3. Aufl., Berl. 1907) und Elektrische Wechselströme (deutsch von Kaufmann, 3. Aufl., Berl. 1900); Feldmann, Wirkungsweise, Prüfung und Berechnung der Wechselstromtransformatoren (Leipz. 1895); Arnold und La Cour, Die T. (Berl. 1904).