Induktion und Wechselstrom 1. Induktion

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7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX Sekundärspule n2 = ü n1 Windungen, so wird in der Sekundärspule die ü-fache Spannung U2 induziert. Legt man als Sekundärwicklung n2 = 10 Windungen eines Experimentierkabels um den Eisenkern, hat die Primärwicklung n1 = 300 Windungen, so zeigt bei U 1e f f = 30 V die Sekundärspannung U 2e f f = 1 V an. Merke: 3.8.2. Der belastete Trafo U 1,eff U 2,eff = n1 n2 Die Spannungen eines Trafos verhalten sich wie die Windungszahlen Liegt an der Sekundärspannung U2(t) ein Wirkwiderstand RS, so durchfließt ihn ein phasengleicher Wirkstrom I2(t) = U2(t) , der Wirkleistung abgibt. Sein Magnetfeld durchsetzt über den Eisenkern auch die Primärspule. U~ R RS Primärspule des Trafo Kanal 1 Kanal 2 Oszi Ergebnis: Solange die Sekundärspule offen ist (I2 = 0), fließt nur der Blindstrom I(t) des unbelasteten Trafos. Er hinkt der Primärspannung U1(t) um 90 ◦ nach. Wird der Sekundärstrom I2(t) von Null aus erhöht, dann belastet man den Trafo. Jetzt steigt auch der Primärstrom an; seine Phasenverschiebung nimmt aber ab. Dem Blindstrom I(t) in der Primärspule überlagert sich ein immer stärker werdender Wirkstrom I1(t). Er ist mit U1(t) phasengleich und nimmt aus dem Netz die Wirkleistung P1 = U 1,eff · I 1,eff auf. Die Sekundärseite gibt die Wirkleistung P2 = U 2,eff · I 2,eff ab. Da bei der Induktion die Energie erhalten bleibt, ist P2 = P1 ⇐⇒ U 2,eff · I 2,eff. 28
7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX Merke: U1,eff = U2,eff I2,eff I1,eff = n1 n2 Die beim Belasten eines Trafos zusätzlich auftretenden Wirkströme verhalten sich umgekehrt wie die Windungszahlen. Die primärseitig aufgenommene Wirkleistung ist beim idealen Trafo gleich der sekundärseitig abgegebenen. 3.9. Drehstrom An der Drehstromsteckdose stehen drei Leiter R, S und T mit drei Wechselspannungen mit U eff = 220 V gegen „Erde“ zur Verfügung. Versuch Dorn-Bader Versuch 1 S. 90 An dem Drehstromnetzgerät liegen die ungefährlichen Spannungen 22 V. Die Phasen R, S und T werden der Reihe nach mit 18 V-Glühlampen verbunden. Ergebnis: Wird nur eine Glühlampe angeschlossen, so fließt ein Strom I1. Leitet man auch von der „Phase“ S den Strom I2 über eine zweite Glühlampe und denselben Strommesser zur Erde, so steigt sein Ausschlag nicht! Der Ausschalg geht sogar auf Null, wenn man auch noch den Strom I3 aus T über eine dritte Glühlampe und den Strommesser leitet. Ein Zweikanal-Oszilloskop zeigt dass die Spannungen von R, S und T jeweils um 120 ◦ nachhinken. Somit fließen in den gleichen Widerständen der Glühlampen drei jeweils um 120 ◦ gegeneinander phasenverschobene Wechselströme. In jedem beliebigen Zeitpunkt addieren sich also die Momentanwerte von Strom oder Spannung zu Null. Die Steckdosen im Haushalt führen jeweils eine „Phase“ und den Null-Leiter. Drehstromgenerator und Drehstrommotor Bei einem Drehstromgenerator rotiert ein starker Elektromagnet und sein Magnetfeld B1 mit der Umlaufdauer T. Die Induktionsspulen für die drei Phasen R, S, T sind um gleiche Winkel versetzt. Die Maxima der induzierten Spannungen U1, U2 und U3 folgen mit dem Zeitunterschied T/3 aufeinander. Beim Drehstrommotor sind die Spulen wie beim Generator angeordnet. Es rotiert ein Magnetfeld B2 mit der gleichen Frequenz wie der Magnet im Generator. (vgl. Versuch 158, Dorn-Bader S. 165) 29
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