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Aufgabenstellung:

Wie verhält sich ein idealer Transformator gegenüber einem Mischsignal (Signal bestehend aus einer Wechselspannung addiert zu einer Gleichspannung)?

Hinweis:
Am idealen Transformator gilt das Superpositionsprinzip.

Was gilt für die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal bei einem idealen Transformator, wenn beide Spulen denselben Wicklungssinn aufweisen?

Lösungsweg:

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idealer Transformator

Am Ausgang eines Transformators erscheint bei einem Mischsignal am Eingang ein reines Wechselspannungssignal.

Dies kann z.B. über Superposition gezeigt werden (Analyse der Situation mit reiner Gleichspannungsquelle und mit reiner Wechselspannungsquelle, Überlagerung). Beim idealen Transformator entsteht in den Spulen keine Verlustleistung (kein ohmscher Anteil, ideal leitende Drähte), es handelt sich um ideale Spulen.

Bei einer idealen Spule folgt das Wechselstrom-Maximum mit Verzögerung, d.h. mit einem Phasenwinkel von auf das Wechselspannungs-Maximum.

Der magnetische Fluss ist in Phase mit dem Strom der Primärspule. Die in der Sekundärspule induzierte Spannung ist die Ableitung des magnetischen Flusses.

Eine Ableitung bedeutet eine Phasenverschiebung von Daraus folgt, dass beim idealen Transformator die Ausgangsspannung in Phase ist mit der Eingangsspannung, wenn die Spulen den gleichen Wicklungssinn aufweisen.

Lösung:

Siehe Lösungsweg