Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Elektrische Maschinen und Transformatoren

Elektrische Maschinen sind die Lehre von Elektromotoren und elektrischen Generatoren. Elektrische Maschine ist gleichbedeutend mit Elektromotor oder elektrischem Generator, die alle elektromechanische Energiewandler sind: Sie wandeln Elektrizität in mechanische Leistung (d. h. Elektromotor) oder mechanische Leistung in Elektrizität (d. h. elektrischer Generator) um. Die Bewegung der mechanischen Kraft kann rotierend oder linear sein. Die elektrischen Maschinen und Transformatoren umfassen Themen wie Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren, Wechselstromgeneratoren und Gleichstromgeneratoren, Leistungs- und Verteilungstransformatoren sowie Aufwärts- und Abwärtstransformatoren. Obwohl Transformatoren keine beweglichen Teile enthalten, zählen sie auch zur Familie der elektrischen Maschinen, da sie elektromagnetische Phänomene nutzen. Elektrische Maschinen (also Elektromotoren) verbrauchen etwa 60 Prozent des gesamten erzeugten Stroms. Elektrische Maschinen (also elektrische Generatoren) erzeugen praktisch den gesamten verbrauchten Strom. Elektrische Maschinen sind so allgegenwärtig geworden, dass sie als integraler Bestandteil der gesamten Strominfrastruktur kaum noch wahrgenommen werden. Die Entwicklung immer effizienterer elektrischer Maschinentechnologien und die Beeinflussung ihres Einsatzes sind für jede globale Energiespar-, grüne Energie- oder alternative Energiestrategie von entscheidender Bedeutung. Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, das durch elektromagnetische Induktion elektrische Energie zwischen zwei oder mehr Stromkreisen überträgt. Elektromagnetische Induktion erzeugt eine elektromotorische Kraft an einem Leiter, der zeitlich veränderlichen Magnetfeldern ausgesetzt ist. Üblicherweise werden Transformatoren verwendet, um die Spannungen von Wechselstrom in elektrischen Energieanwendungen zu erhöhen oder zu verringern. Ein variierender Strom in der Primärwicklung des Transformators erzeugt einen variierenden magnetischen Fluss im Transformatorkern und ein variierendes Magnetfeld, das auf die Sekundärwicklung des Transformators einwirkt. Dieses variierende Magnetfeld an der Sekundärwicklung induziert aufgrund elektromagnetischer Induktion eine variierende elektromotorische Kraft (EMF) oder Spannung in der Sekundärwicklung. Durch das Faradaysche Gesetz in Verbindung mit Kerneigenschaften mit hoher magnetischer Permeabilität können Transformatoren so entworfen werden, dass sie Wechselspannungen innerhalb von Stromnetzen effizient von einem Spannungsniveau auf ein anderes umwandeln.