Was ist eine Transformatorwicklung: Aufbau und Klassifizierung von Wicklungen

Die Transformatorwicklung ist der wichtigste Teil des Geräts, durch den der elektrische Strom fließt und das für die Energieumwandlung erforderliche Magnetfeld erzeugt. Sie besteht aus vielen Windungen, die aus Kupfer- oder Aluminiumdraht hergestellt sein können. Die Wicklung ist das Hauptelement, durch das Energie von einer Spule auf eine andere übertragen wird, wodurch eine elektrische Spannung in dem entsprechenden Stromkreis entsteht. Ein Transformator kann mehrere Wicklungen haben: Primär- (Eingang) und Sekundärwicklung (Ausgang), die auf einem Magnetkern angeordnet sind. Die Wicklungen sorgen für die notwendigen Spannungs- und Stromschwankungen, die für das effiziente Funktionieren elektrischer Systeme erforderlich sind.

Konstruktion der Transformatorwicklung

Bei der Konstruktion von Transformatorwicklungen sind mehrere wichtige Aspekte zu berücksichtigen, z. B. die Anordnung der Leiter, die Anzahl der Windungen, die Verlegeart und die Art der Isolierung. Der erste Schritt ist die Auswahl des Leiters, der je nach Transformatorausführung rund oder flach sein kann. Die Wicklung sollte so ausgelegt sein, dass Kühlung, Stabilität und Zuverlässigkeit maximiert werden.

Die wichtigsten Merkmale der Wicklung:

• Anzahl der Umdrehungen: bestimmt die Spannung, die in der Wicklung induziert wird.
• Leitertyp: kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen, was sich auf die Leitfähigkeit und die Kosten auswirkt.
• Wickelverfahren: Die Wicklung kann je nach Art des Transformators und seiner Leistung in mehreren Lagen oder einlagig gewickelt sein.
• Isolierung: wird verwendet, um Kurzschlüsse zwischen den Spulen zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten.

Auch die Transformatorwicklung muss so ausgelegt sein, dass Energieverluste minimiert und Kühlprozesse optimiert werden. Es ist wichtig, die mechanische Festigkeit der Materialien zu berücksichtigen, damit sie unterschiedlichen Belastungen standhalten und Schäden während des Betriebs des Geräts verhindern.

Klassifizierung von Transformatorwicklungen

Es gibt verschiedene Arten von Wicklungen, die je nach Bauart und Zweck kategorisiert werden:

1. Zylindrische Einzel- und Mehrlagenwicklung

   • Vorteile: Einfache Herstellung und gute Wärmeableitung.
   • Benachteiligungen: Geringe mechanische Festigkeit.

2. Zylindrische Mehrlagenwicklung mit Flachdraht

   • Vorteile: Einfaches Herstellungsverfahren, gute Füllbarkeit des Magnetkerns.
   • Benachteiligungen: Geringere Wärmeabgabefläche im Vergleich zu Wicklungen mit radialen Kühlkanälen.

3. Mehrschichtige zylindrische Wicklung mit Runddraht

   • Vorteile: Leichtigkeit der Produktion.
   • Benachteiligungen: Die mechanische Festigkeit nimmt mit zunehmender Leistung ab, die Wärmeübertragungseigenschaften verringern sich.

4. Flachdrahtwicklungen (Zweidraht- und Mehrdrahtwicklungen)

   • Vorteile: Hohe mechanische Festigkeit, gute Kühlung und zuverlässige Isolierung.
   • Benachteiligungen: Höhere Kosten im Vergleich zu zylindrischen Wicklungen.

5. Kontinuierliche Wicklung mit Flachdraht

   • Vorteile: Hohe mechanische und elektrische Festigkeit, gute Wärmeübertragung.
   • Benachteiligungen: Erfordert Nachjustierung beim Aufwickeln einer halben Spule.

6. Wicklungen mit Aluminiumfolie

   • Vorteile: Gute Füllung des Magnetkerns, hohe mechanische Festigkeit.
   • Benachteiligungen: Komplexes Herstellungsverfahren für Hochspannungswicklungen.

Die Wahl des Wicklungstyps hängt also von vielen Faktoren ab, u. a. vom Leistungsbedarf des Transformators, der Art der Kühlung, dem Verwendungszweck und den Kosten.

Je nach Zweck und Anwendung können Transformatoren unterschiedliche Wicklungskonstruktionen verwenden, die für bestimmte Betriebsbedingungen optimiert sind. In Russland werden verschiedene Arten von Transformatoren hergestellt, die je nach Zweck, Kapazität und Spannungsklasse unterschiedliche Anforderungen an die Wicklungen stellen. Sehen wir uns einige Arten von Transformatoren und die entsprechenden Wicklungen an:

1. Leistungstransformatoren (Nieder-, Mittel- und Hochspannung)

Leistungstransformatoren werden häufig in Stromnetzen verwendet, um Hochspannung in Niederspannung umzuwandeln und umgekehrt. Diese Transformatoren zeichnen sich durch Wicklungen aus, die je nach Art des Transformators entweder aus Flachleitern oder aus Rundleitern bestehen können.

• Wicklungen für Leistungstransformatoren: mehrlagige zylindrische Wicklungen mit Flach- oder Runddraht. Sie müssen gute Wärmeaustausch-Eigenschaften, hohe mechanische Festigkeit und eine zuverlässige Isolierung aufweisen.

• Kapazitäten und SpannungenVon 10 kVA bis 500 MVA, mit Betriebsspannungen von 6 kV bis 220 kV.

2. Verteilertransformatoren

Verteilertransformatoren werden zur Übertragung und Verteilung von Strom in Industrie- und Wohnkomplexen verwendet. Diese Geräte arbeiten im Allgemeinen mit niedrigeren Spannungen und haben eine geringere Kapazität als Leistungstransformatoren.

• Wicklungen für Verteilungstransformatoren: ein- und mehrlagige zylindrische Wicklungen mit Flachdraht. Diese Transformatoren verwenden auch flache Wicklungen mit geraden Leitern, die zu einer effizienten Kühlung des Geräts beitragen.

• Kapazitäten und Spannungenvon 10 bis 1600 kVA, mit Betriebsspannungen von 6 (10) kV bis 35 kV.

3. Transformatoren für Eisenbahnen (Eisenbahntransformatoren)

Bahntransformatoren sind für die Stromversorgung von Bahnstrecken und Unterwerken unerlässlich. Sie müssen äußerst zuverlässig und resistent gegen äußere Einflüsse sein.

• Wicklungen für EisenbahntransformatorenDie meisten von ihnen sind in der Regel mehrlagige Wicklungen mit Flachdrähten und hoher mechanischer Festigkeit, da sie unter extremen Bedingungen arbeiten.

• Kapazitäten und SpannungenVon 25 kVA bis 1000 kVA, mit Betriebsspannungen bis zu 35 kV.

4. Transformatoren für besondere Zwecke (z. B. Solar- und Fischprojekte)

Diese Transformatoren werden in spezifischen Projekten wie Solarkraftwerken und Projekten zur Integration von Solarzellen mit Aquakultur (z. B. für eine nachhaltige Stromversorgung) eingesetzt.

• Wicklungen für Spezialtransformatoren: können mit mehrlagigen zylindrischen Wicklungen mit Aluminiumfolie hergestellt werden, um die Wärmeübertragung und die mechanische Festigkeit zu verbessern.

• Kapazitäten und SpannungenSie variieren je nach Anwendung und reichen von 10 kVA bis 5000 kVA, mit Betriebsspannungen von 6 kV bis 220 kV.

5. Transformatoren für Hochspannungsleitungen und Umspannwerke

Hochspannungstransformatorendie für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie über große Entfernungen eingesetzt werden, erfordern sehr präzise und zuverlässige Wicklungskonstruktionen, um bei hohen Spannungen zu funktionieren.

• Wicklungen für Hochspannungstransformatoren: zylindrische Mehrlagenwicklungen mit Folie, die für eine gute Füllung des Magnetkerns und eine erhöhte mechanische Festigkeit sorgen.

• Kapazitäten und Spannungenvon 100 kVA bis 5000 kVA, mit Betriebsspannungen von 110 kV bis 220 kV.

Schlussfolgerung

In Russland werden viele verschiedene Arten von Transformatoren verwendet, die je nach Betriebsbedingungen und Verwendungszweck eine spezifische Wicklungskonstruktion erfordern. Die verwendeten Wicklungen können aus verschiedenen Leitern wie Kupfer- und Aluminiumdrähten bestehen und in ein- oder mehrlagiger Ausführung hergestellt werden. Es ist auch wichtig, die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Wicklungen zu berücksichtigen, um die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Transformators unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten.