Transformatoren sind elektrische Geräte, die auf den Prinzipien der elektro magnetischen Induktion beruhen, um Energie zwischen zwei oder mehr Spulen zu übertragen. Der grundlegende Betrieb eines Transformators beinhaltet Wechselstrom (AC). Es gibt einige Gründe, warum Transformatoren mit Gleichstrom (DC) nicht oder überhaupt nicht gut funktionieren:
Prinzip der elektro magnetischen Induktion: Transformatoren arbeiten nach dem Prinzip der elektro magnetischen Induktion, wobei ein sich änderndes Magnetfeld eine Spannung in einer nahe gelegenen Spule induziert. Bei AC wechselt der Strom die Richtung ab und verursacht ein sich änderndes Magnetfeld. Bei DC fließt der Strom jedoch kontinuierlich in eine Richtung, was zu einem konstanten Magnetfeld führt. Ohne ein sich änderndes Magnetfeld gibt es keine Spannungs induktion in der Sekundär spule und der Transformator funktioniert nicht wie vorgesehen.
Magnetische Sättigung: Transformatoren sind für den Betrieb mit unterschied lichen Magnetfeldern ausgelegt. Im Falle von DC kann das Magnetfeld den Kern des Transformators sättigen. Wenn der Kern sättigt, verliert er seine Fähigkeit, Spannung effektiv zu induzieren, und der Transformator wirkungsgrad nimmt signifikant ab.
Wirbelströmungen und Hysterese verluste: Transformatoren erfahren Verluste aufgrund von Wirbelströmen und Hysterese im Kernmaterial. Diese Verluste sind in DC stärker ausgeprägt als in AC. Wirbelströme sind zirkulierende Ströme, die im Kern induziert werden, und die Hysterese beinhaltet den Energie verlust, wenn die Kern magneti sierung ständig die Richtung ändert. Diese Verluste machen den DC-Betrieb weniger effizient und können zu einer Überhitzung führen.
Herausforderungen beim Design von DC-Transformatoren: Die Entwicklung eines Transformators speziell für den Gleichstrom betrieb erfordert spezielle Überlegungen, z. B. die Verwendung einer magnetischen Vorspannung, um eine Sättigung zu verhindern. DC-Transformatoren sind in der Regel komplexer und weniger praktisch als ihre AC-Gegenstücke.
Während Transformatoren für Gleichstrom ungeeignet sind, gibt es Geräte, die als Wandler oder Wechsel richter bezeichnet werden und Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln können und umgekehrt. Diese Geräte ermöglichen Transformatoren in Systemen, die Gleichstrom quellen beinhalten. Darüber hinaus verwenden moderne Strom versorgungs systeme aufgrund der einfachen Spannungs transformation mit Transformatoren und des verringerten Verlusts während der Übertragung haupt sächlich AC für die Energie übertragung über große Entfernungen.