Dabei hilft uns die Induktion.
In einem von Wechselstrom durchflossenen Leiter bauen sich ständig Magnetfelder auf und wieder ab im Takt der Wechselstromfrequenz. Bringen wir nun einen anderen Leiter in dieses Magnetfeld, wird ihm durch das ständig wechselnde Magnetfeld eine Spannung induziert. Diese Spannung schwingt mit derselben Frequenz wie die ursprüngliche Wechselspannung und kann einen anderen Stromkreis betreiben, der von dem ursprünglichen total getrennt ist.
Wir haben es also hier mit einer galvanischen Trennung zweier Stromkreise zu tun, die sich aber wesentlich enger beeinflussen als es z. B. beim Relais der Fall ist.
Bild InduktionZwei Spulen mit einem gemeinsamen Eisenkern erzielen noch einen besseren Wirkungsgrad der Energieübertragung durch das vom Kern verstärkte Magnetfeld. Aus Sicherheitsgründen verwendet man oft keine gemeinsame Wicklung, sondern der Kern wird als Hohlprofil ausführt und die Spulen separat um zwei Schenkel des Kerns gewickelt. So werden auch im Falle von Isolationsschäden in den Spulen direkte elektrische Verbindungen vermieden.
Wird die Spannung mit einer solchen Konstruktion lediglich zum Zwecke der galvanischen Trennung übertragen, nennt man eine solche Vorrichtung in der Fachsprache auch folgerichtig Übertrager. Sind Eingangs- und Ausgangsspule eines Übertragers identisch, wird der Ausgang die gleiche Spannung abgeben, die am Eingang eingespeist wurde – vom internen Verlust mal abgesehen.
Bild TrafoSobald wir aber Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl verwenden, kommt es zu einer Veränderung, die Spannung wird transformiert. Weniger Windungen in der Empfängerspule führen dazu, dass die Spannung an der Ausgangsspule geringer ist als in der Eingangsspule. Ein sehr nützlicher Zweck, wenn es darum geht, 230 V Haushaltsspannung auf spiel- und hobbyfreundliche Werte herunter zu transformieren. Das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung entspricht direkt dem Verhältnis der Windungszahlen von Primärspule zu Sekundärspule.
Bild MehrbereichstrafosEin Transformator, kurz Trafo, verträgt ausgangsseitig auch mehrere Sekundärspulen, dieses Prinzip finden wir in den üblichen Modellbahntrafos, in denen es eine feste Sekundärspule für den Geräteausgang und eine variable Sekundärspule für die Fahrspannung gibt. Andere Konstruktionen, bei denen es keiner variablen Ausgangsspannung bedarf, haben mehrere Sekundärspulen unterschiedlicher Windungszahl, an denen bedarfsgerecht verschiedene Spannungen für differenzierte Zwecke abgegriffen werden können.
Bild Trafoausgang
Ganz raffiniert wird es, wenn die Spulen der Sekundärspannungen nicht völlig separiert sind, sondern untereinander verbunden. Genau genommen handelt es sich dabei um eine Spule, die an genau definierten Stellen Abgriffe besitzt. Zwischen den einzelnen Abgriffen liegen dann Sekundärspannungen an, die der Primärspannung im selben Verhältnis entsprechen wie die Windungszahl zwischen den beiden Abgriffen der Windungszahl der Primärspule.
Bild Stelltrafo
Die von den Sekundärspulen abzuverlangende Leistung ist selbstverständlich begrenzt. Deshalb finden sich auf jedem handelsüblichen Trafo oder Netzteil konkrete Angaben, welche Ausgangsspannungen mit welcher Leistung belastet werden dürfen.
Der Stelltrafo
Um eine variable Ausgangsspannung z. B. zur Festlegung der Fahrgeschwindigkeit unserer Triebfahrzeuge zu erhalten, gibt es den Stelltrafo. Hier kommt ein ringförmiger Kern zum Einsatz, auf den die Spulen gewickelt sind. An der (nicht isolierten!) Sekundärspule kann ein Schleifer frei bewegt werden, um Windungszahl und damit Ausgangsspannung zu verändern. (Dieses Prinzip der Fahrgeschwindigkeitsregelung ist seit Jahrzehnten überholt durch verbesserte Fahrgeräte z. B. mit Impulslängensteuerung, Glockenanker-Motoren mit einstellbarem Spannungsregler und die digitale Steuerung.)