HiFi-Lexikon: Transformator, Trafo

Das Wirkprinzip von Transformatoren basiert auf Induktion: Eine an der Primärwicklung des Trafos anliegende Wechselspannung (z.B. 230Volt Netzspannung) induziert – in der Regel mithilfe eines aus magnetisierbarem Material bestehenden Trafokerns – an der Sekundärwicklung eine Wechselspannung mit gewünschter Voltzahl. Beide Wicklungen müssen dafür natürlich elektrisch voneinander isoliert sein.

In einem idealen, verlustfreien Trafo ergibt sich die Sekundärspannung aus der Primärspannung und dem Verhältnis der Windungsanzahlen von Primär- und Sekundärwicklung zueinander. Ein Beispiel: Die Primärspannung beträgt 230 Volt. N1 (Primärwindungsanzahl) beträgt 1.000. N2 (Sekundärwindungsanzahl) beträgt 500. Als Sekundärspannung würden 230V x 500/1000= 115V resultieren.

Unter anderem aufgrund von Wirbelstrom- und bei jeder neuen Spannungshalbwelle auftretenden Ummagnetisierungsverlusten im Trafokern, Widerständen in den Wicklungen sowie Streuverlusten (ein Teil der magnetischen Energie aus den Primärspule streut in die Umgebung) gibt es in praxi keinen idealen Trafo. Allerdings sollte ein guter Trafo nicht zuletzt …

  • im Leerlauf wie unter Last möglichst verlustarm arbeiten.
  • seinen Dienst möglichst streufeldarm verrichten, um benachbarte Bauteile möglichst wenig zu beeinflussen.
  • sein Umfeld möglichst wenig mit mechanischen Vibrationen in Unruhe versetzen (siehe dazu auch Mikrofonie).

Zudem tritt insbesondere bei von höheren Siebkapazitäten flankierten (wie zum Beispiel häufig bei Voll- und Endverstärkern der Fall) Trafos die Notwendigkeit auf, kurzfristig sehr hohe Energien verfügbar zu machen. Denn schließlich müssen die Siebkapazitäten von Phasendurchlauf zu Phasendurchlauf immer wieder – wofür jeweils nur sehr wenig Zeit bleibt – neu betankt werden. Dass dies zu sehr hohen Spitzenströmen führt, wird spätestens dann klar, wenn man sich vor Augen hält, dass die Gesamtenergie zum Betrieb eines Verstärkers ausschließlich während dieser kurzen Vorgänge aus dem 230V-Versorgungsnetz bezogen und transformiert wird. Dieser Sachverhalt und der Umstand, dass Musiksignale wenig konstant verlaufen beziehungsweise ebenfalls recht starke Impulsspitzen abliefern können, macht die häufig propagierte „Überdimensionierung“ der in HiFi-Komponenten eingesetzten Trafos mehr oder weniger zur schlichten Pflichtübung.

ringkern-trafoGerade in höherwertigen HiFi-Geräten ist häufig die Ringkern-Bauform (Toroidal Core, siehe Bild links) anzutreffen: Der Trafo basiert auf einem ringförmigen Kern, der aus einem ring- beziehungsweise schneckenförmig aufgewickeltem, mit einer Isolierschicht versehenden Blechband besteht – ein massiver Ring würde zu hohe Wirbelstromverluste nach sich ziehen. Um diesen Ring sind sowohl die Primär- als auch Sekundärwindungen gewickelt – der Kern kann bei dieser Bauform komplett von den Windungen umschlossen werden beziehungsweise tritt weniger nach außen als dies bei anderen Bauformen der Fall ist. Daraus resultieren ein geringeres Streufeld, das Möglichwerden einer geringeren Kernmasse (geringere Ummagnetisierungsverluste), ein geringerer Leerlaufstrom und mithin ein höherer Wirkungsgrad – nicht zuletzt werden so auch insgesamt kompaktere Bauweisen möglich.

schema ringkerntrafo
Das Bewickeln eines geschlossenen Rings gestaltet sich allerdings technisch vergleichsweise aufwändig und somit teurer: Man kommt nicht umhin, den Spulendraht bei jeder Windung durch ein Loch, sprich die Ringmitte zu fädeln – zudem ist der Wickelkörper gebogen, was ein gleichmäßiges Wickeln erschwert. Im Betrieb sind eine geringere Spitzenbelastbarkeit (sofern man eine geringe Kernmasse realisieren will) sowie höhere Einschaltströme ins Feld zu führen, was in praxi allerdings nur dann ein Problem werden kann, wenn der Geräte-Hersteller es unterlässt, diesem Umstand mit adäquaten Einschaltstrombegrenzern zu begegnen.

El-kern-trafoKlassische „Rechteckkern-Transformatoren“ sind aber ebenso vorzufinden. Hier dienen gestapelte, isolierte Bleche als Kernkonstrukt (ein massiver Kern würde auch hier zu hohe Wirbelstromverluste provozieren), die in verschiedenen Formen auftreten können und damit gleichzeitig namensgebend für die Trafoart sind: Erwähnt seien zum Beispiel die EI-Kern-Trafos: Bleche in E- und I-Form werden abwechselnd zu einem Stapel (dem letztendlichen Kern) geschichtet. Um den prinzipbedingten höheren Streuverlusten entgegenzuwirken, bieten sich unter anderem verschachtelte Wicklungen (die nichtsdestotrotz natürlich weiterhin elektrisch voneinander isoliert bleiben) an oder die entgegengesetzte Montage zweier Trafos in einem Gerät – letzteres soll dazu führen, dass sich die Streufelder der gegensinnig montierten Trafos kompensieren.

philbert-mantelschnitt-trafoDesweiteren kommt es in Hifi-Geräten nicht selten auch zum Einsatz von Schnittbandkern-Trafos, welche den Ringkernvarianten in ihren grundlegenden Betriebseigenschaften nicht unähnlich sind sowie sehr hochwertigen Philbert-Mantelschnitt-Transformatoren (siehe Foto links), denen in Sachen Spitzenbelastbarkeit bessere Eigenschaften als den mit Ringkernen bewehrten Exemplaren nachgesagt werden.


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