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Permeabilität

Die Permeabilität ist ein Maß dafür, wie gut in einem Stoff die magnetische Erregung H in eine Flußdichte B umgesetzt wird. Die Permeabilität ist ein materialspezifischer Wert, der bei ferromagnetischen Stoffen sowohl von der Temperatur und der Richtung der Feldlinien ( Vorzugsrichtung ) als auch von der Größe der Flußdichte ( Hysteresekurve ) und der Frequenz des Magnetfelds abhängen kann. Bei den meisten anderen Stoffen kann man sie als Konstante ansehen.

Sie wird meistens mittels einer relativen Permeabilität angegeben, die sich auf die absolute Permeabilität des Vakuums - die Naturkonstante
µ0 =π 10-6 - bezieht.

Diese relative Permeabilität ist als einfacher Multiplikationsfaktor eine dimensionslose Größe.

µ0, die Größe, die vervielfacht wird, hat die Einheit eines spezifischen magnetischen Leitwerts. Sie ist eine Naturkonstante, die aus der Definition eines Amperes über die Kraft zwischen zwei Leitern ( Lorentzkraft ) errechnet werden kann. Daher war die willkürliche Festlegung dieser Naturkonstante auf π 10-6 im SI-Einheitensystem entsprechend der Festlegung des Amperes möglich.

Die eigentliche Permeabilität µ in einem magnetischen Werkstoff erhält man aus folgender Formel:

Formel P.1: Die Permeabilität als Produkt von relativer Permeabilität und der Permeabilität des Vakuums


Wobei zwischen Flußdichte und magnetischer Erregung in einem idealen, nicht ferromagnetischen, Material immer folgender Zusammenhang besteht:

Formel P.2: Die Flußdichte ist von der Permeabilität abhängig


Die relative Permeabilität µr ist eine Konstante, die in vielen Fällen den anderen Bedingungen entsprechend einer Tabelle entnommen werden kann.

Für Wechselstrom-Magnetisierung eines ferromagnetischen Stoffs muß man angeben, welche Feldstärke man auf welche Polarisation bezieht, weil der Wert der Permeabilität beim Durchlauf der Hysteresekurve ständig schwankt.
Die P. ist also eine Funktion der Feldstärke:

Formel P.3: Wie Formel P.2 bloß mit variabler Permeabilität für ferromagnetische Werkstoffe


Man kann, wenn man in solchen Fällen mit einer einzigen Permeabilitätszahl rechnen will, den Effektivwert der magnetischen Erregung auf den Effektivwert der Flußdichte beziehen.

Wenn man nur mit den Spitzenwerten der Hysteresekurve rechnet bezeichnet man den Wert als Amplituden-Permeabilität µa. Um die Induktivität des Gesamtsystems für einen Stromkreis zu bestimmen, muß man sich auf die Effektivwerte beziehen. Dann kann man mit den resultierenden Blindleistungen und -strömen ein elektrisches System im stationären Zustand berechnen.

Häufig beziehen sich nämlich die bei der Konstruktion von elektischen Maschinen angegebenen Flußdichten implizit auf Spitzenwerte (eigentlich müsste man dann das Formelzeichen  verwenden)


Siehe auch:

» Magnetische Erregung H » Flussdichte B » Vorzugsrichtung » Hysteresekurve » Lorentzkraft » Magnetische Flußdichte » Blindleistung

Primär- und Sekundärseite

Die Primär- und Sekundärseite eines Transformators ist nach VDE 0532 durch die normale Richtung des Energieflusses vorgegeben.

Die Seite, die Energie aufnimmt, ist die Primärseite; die andere Seite, die Energie abgibt wird als Sekundärseite bezeichnet. Natürlich kommt es im Leerlaufbetrieb auch vor, daß die Sekundärseite keine Energie abgibt.

Diese Bezeichnungen sind unabhängig von den jeweiligen Bemessungsspannungen.

Ein Transformator kann auch mehrere Sekundärwicklungen haben, die dann aber entsprechend der oben stehenden Definition nicht Bezeichnungen wie z.B. "Tertiärwicklung" erhalten.

Weil die Spannung von wenigen großen Transformatoren an Kraftwerken hochgespannt wird und dann schrittweise von immer mehr immer kleineren Transformatoren heruntertransformiert wird, fällt bei der großen Mehrheit der Transformatoren die Primärseite mit der Oberspannungsseite zusammen.

Deshalb wird, wenn man von Oberspannungs- ("OS") Seite redet oft vorausgesetzt, daß es sich dabei um die Primärseite handelt.

Die Unterspannungs- ("US") Seite wird also als Sekundärseite angesehen.

Das Verhalten eines Transformators ist, wenn die Richtung des Energieflusses umgekehrt wird (und dabei natürlich die Bemessungsspannungen der Wicklungen beachtet werden), nicht völlig symmetrisch zu der normalen Betriebsrichtung. Das ist aus dem Ersatzschaltbild ersichtlich, wenn für die Bestimmung der elektrischen Größen im Leerlauf, der Längszweig der jeweiligen Sekundärseite weggelassen wird.

Zum Beispiel kann sich auch das Verhältnis von Einschaltstrom zu Bemessungsstrom deutlich verändern, weil die Streuinduktivtäten auf beiden Seiten unterschiedlich sind.

Daher macht es Sinn Primär- und Sekundärseite fest vorzugeben, auch wenn der Eingangs- und Ausgangsspannung wie z.B. bei einem Trenntransformator genau übereinstimmen.


Siehe auch:

» Bemessungsspannung » Einschaltstrom