Was ist das Funktionsprinzip eines Drehstromtransformators?

Hallo! Als Lieferant von Dreiphasen-Leistungstransformatoren freue ich mich sehr, Ihnen das Funktionsprinzip dieser bösen Jungs näher zu bringen.

Beginnen wir mit den Grundlagen. Ein dreiphasiger Leistungstransformator ist ein wichtiges Gerät im Stromnetz. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung elektrischer Energie zwischen verschiedenen Spannungsebenen in einem dreiphasigen Stromnetz.

Die Grundlagen der elektromagnetischen Induktion

Das Herzstück eines Dreiphasen-Leistungstransformators ist das Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Dies wurde bereits im 19. Jahrhundert von Michael Faraday entdeckt. Die Grundidee besteht darin, dass ein sich änderndes Magnetfeld, wenn es durch eine Drahtspule geht, eine elektromotorische Kraft (EMF) in der Spule induziert.

In einem Dreiphasentransformator haben wir Primär- und Sekundärwicklungen. Die Primärwicklung ist mit der Stromquelle verbunden und die Sekundärwicklung ist mit der Last verbunden. Wenn ein Wechselstrom (AC) durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er um sie herum ein sich änderndes Magnetfeld. Dieses sich ändernde Magnetfeld durchdringt dann die Sekundärwicklung und induziert eine EMK in der Sekundärwicklung.

Das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärspannung wird durch das Windungsverhältnis des Transformators bestimmt. Das Windungsverhältnis ist einfach das Verhältnis der Windungszahl der Primärwicklung zur Windungszahl der Sekundärwicklung. Wenn das Windungsverhältnis größer als 1 ist, handelt es sich um einen Abwärtstransformator, das heißt, er reduziert die Spannung von der Primär- zur Sekundärseite. Wenn das Windungsverhältnis kleiner als 1 ist, handelt es sich um einen Aufwärtstransformator, der die Spannung erhöht.

Grundlagen des Dreiphasensystems

Lassen Sie uns nun über das Dreiphasensystem sprechen. Ein Dreiphasensystem besteht aus drei Wechselströmen, die um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind. Dies hat gegenüber einem Einphasensystem mehrere Vorteile. Zum einen sorgt es für eine gleichmäßigere Kraftübertragung. In einem Einphasensystem schwankt die Leistung zweimal pro Zyklus zwischen Null und einem Maximalwert. In einem Dreiphasensystem ist die Summe der Leistungen der drei Phasen konstant, was zu einer gleichmäßigeren Leistungsabgabe führt.

In einem Dreiphasen-Leistungstransformator gibt es drei Primärwicklungen und drei Sekundärwicklungen. Jeder Wicklungssatz entspricht einer der drei Phasen des Dreiphasensystems. Diese Wicklungen werden üblicherweise auf einen gemeinsamen Magnetkern gewickelt. Der Magnetkern besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise Siliziumstahl. Dies hilft, das Magnetfeld zu konzentrieren und Verluste zu reduzieren.

Kern- und Wicklungskonfigurationen

Bei Dreiphasen-Leistungstransformatoren gibt es verschiedene Arten von Kern- und Wicklungskonfigurationen. Die gebräuchlichsten sind die Konfigurationen vom Kerntyp und vom Shell-Typ.

Bei einem Kerntransformator umgeben die Wicklungen den Kern. Der Kern besteht normalerweise aus laminierten Siliziumstahlblechen, um Wirbelstromverluste zu reduzieren. Wirbelströme sind Kreisströme, die durch das sich ändernde Magnetfeld im Kern induziert werden. Durch die Laminierung des Kerns erhöhen wir den Widerstand des Kerns gegenüber diesen Wirbelströmen und verringern so die Verluste.

Beim Manteltransformator hingegen sind die Wicklungen vom Kern umgeben. Diese Konfiguration sorgt für eine bessere mechanische Unterstützung der Wicklungen und trägt außerdem dazu bei, den Streufluss zu reduzieren. Der Streufluss ist der magnetische Fluss, der die Primär- und Sekundärwicklung nicht miteinander verbindet und zu Verlusten im Transformator führen kann.

Kühlmethoden

Dreiphasen-Leistungstransformatoren erzeugen während des Betriebs Wärme aufgrund von Verlusten in den Wicklungen und im Kern. Zu diesen Verlusten zählen Kupferverluste (aufgrund des Widerstands der Wicklungen) und Eisenverluste (aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen im Kern). Um eine Überhitzung zu verhindern, müssen Transformatoren gekühlt werden.

Es stehen verschiedene Kühlmethoden zur Verfügung. Eine gängige Methode ist die Öl-Tauchkühlung. Bei einem Öltransformator sind die Wicklungen und der Kern in einen mit Isolieröl gefüllten Tank getaucht. Das Öl sorgt nicht nur für elektrische Isolierung, sondern trägt auch dazu bei, die Wärme von den Wicklungen und dem Kern abzuleiten. Das erhitzte Öl steigt an die Oberseite des Tanks und wird dann abgekühlt, indem es durch einen Kühler oder Wärmetauscher geleitet wird.

Eine weitere Kühlmethode ist die Luftkühlung. In luftgekühlten Transformatoren werden Ventilatoren verwendet, um Luft über die Wicklungen und den Kern zu blasen und so die Wärme abzuleiten. Diese Methode eignet sich für kleinere Transformatoren oder für Anwendungen, bei denen eine Ölimmersion nicht praktikabel ist.

Anwendungen von Dreiphasen-Leistungstransformatoren

Dreiphasen-Leistungstransformatoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Sie werden häufig in Energieerzeugungsanlagen eingesetzt, um die Spannung für die Fernübertragung zu erhöhen. Die Hochspannungsübertragung reduziert den Strom in den Übertragungsleitungen, was wiederum die Leistungsverluste in den Leitungen verringert.

Auf der Verteilungsseite werden Abwärtstransformatoren verwendet, um die Spannung auf ein Niveau zu reduzieren, das für die industrielle, gewerbliche und private Nutzung geeignet ist. Industrieanlagen nutzen häufig Drehstrom für ihre schweren Maschinen und Geräte.

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Warum sollten Sie sich für unsere dreiphasigen Leistungstransformatoren entscheiden?

Als Lieferant sind wir stolz darauf, hochwertige Dreiphasen-Leistungstransformatoren anbieten zu können. Unsere Transformatoren werden unter Verwendung der neuesten Technologie und der besten Materialien entwickelt und hergestellt. Wir sorgen in jeder Phase des Produktionsprozesses für eine strenge Qualitätskontrolle, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.

Wenn Sie auf der Suche nach einem Dreiphasen-Leistungstransformator sind, sei es für ein kleines Unternehmen oder ein großes Industrieprojekt, würden wir uns gerne mit Ihnen unterhalten. Wir können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Transformators für Ihre spezifischen Anforderungen helfen und Ihnen die gesamte technische Unterstützung bieten, die Sie benötigen. Zögern Sie nicht, uns um ein Angebot zu bitten oder Ihre Anforderungen zu besprechen. Wir sind hier, um Ihre Stromverteilungsanforderungen zum Kinderspiel zu machen!

Referenzen

• Grover, FW (1946). Induktivitätsberechnungen: Arbeitsformeln und Tabellen. Dover-Veröffentlichungen.
• Chapman, SJ (2012). Grundlagen elektrischer Maschinen. McGraw – Hill Education.