Was ist ein Leistungstransformator?
Ein Leistungstransformator ist ein elektromechanisches Gerät, das in vielen Bereichen eingesetzt wird, z. B. im Haushalt, in der elektrischen Energieversorgung, in der Funkelektronik und in der Funktechnik. Seine Hauptfunktion besteht darin, durch magnetische Induktion Strom zwischen verschiedenen Stromkreisen zu übertragen und dabei die Spannung je nach Bedarf zu ändern. Leistungstransformatoren erfüllen verschiedene Anforderungen an die Stromübertragung, indem sie Wechselstrom einer bestimmten Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung umwandeln und dabei eine stabile Stromfrequenz aufrechterhalten.
Transformatoren sind die häufigsten elektrischen Geräte in der Industrie und im täglichen Leben. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Spannung zwischen der Stromquelle und dem Verbraucher je nach den Anforderungen der Last zu verringern oder zu erhöhen. Transformatoren werden auch häufig in Stromkreisen eingesetzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Durch die Änderung der Spannung können Leistungstransformatoren Strom effizient übertragen und einen stabilen Betrieb des Stromversorgungssystems gewährleisten.
Welche Elemente gehören zu einer Transformator-Stromversorgung?
Die Transformator-Stromversorgung besteht aus einer oder mehreren Einzelwicklungen, die sich im gleichen magnetischen Fluss befinden und auf einen Magnetkern aus ferromagnetischem Material gewickelt sind.
Die Hauptbestandteile eines Leistungstransformators:
- Körper (Rahmen);
- Wicklungen;
- Magnetischer Kreislauf;
- Kontakte und Verbindungen;
- Isolierung;
- Spannungsregelung;
- Kühlsystem;
- Optionales Zubehör.
Magnetokoppler dient zur Rückführung des magnetischen Flusses und hat einen geringeren magnetischen Flusswiderstand. Die Wicklungen bestehen aus zwei Arten von Aluminiumleitern. Die Primärwicklung erhält den Strom von einer externen Quelle und die Sekundärwicklung dient der Spannungsreduzierung. Jede Wicklung besteht aus dreiphasigen Elementen, die in einer Stern-, Dreieck-, Sägezahn- oder Z-Schaltung verbunden sind.
Schlussfolgerungen werden für die Stromversorgung des Transformators verwendet. Je nach Transformatorentyp können die Klemmen mit Ölsperren, Polymer-, SF6- oder Papier-Öl-Isolierung ausgestattet sein.
Spannungsregelung ermöglicht die Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch Änderung der Anzahl der Windungen in den Wicklungen. Zu den zusätzlichen Geräten gehören Gasrelais, Temperaturanzeigen, Trockner, ein System zur kontinuierlichen Ölrückgewinnung und Ölstandsanzeigen.
Jeder Leistungstransformator besteht aus einem Magnetkern mit mehreren Wicklungen aus ferromagnetischen Materialien. Dabei handelt es sich in der Regel um spezielle Transformatorenbleche mit weichmagnetischen Eigenschaften, die so gestapelt sind, dass der Querschnitt des Kerns unter den Wicklungen annähernd einem Kreis entspricht. Um den Wirkungsgrad des Geräts zu erhöhen und die Verluste zu verringern, sind die Verbindungen zwischen den Blechen geschlossen.
Die Wicklungen eines Transformators bestehen in der Regel aus Kupfer mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt, und jede Wicklung ist sowohl gegen den Magnetkern als auch gegen die benachbarten Wicklungen isoliert. Zwischen den Wicklungsschichten sind technische Lücken für die Zirkulation des Kühlmediums vorgesehen.
Jeder Transformator hat mindestens zwei Wicklungen: eine Primärwicklung (zur Aufnahme von Strom) und eine Sekundärwicklung (zur Änderung der Spannung und zur Übertragung von Strom).
Funktionsprinzip eines elektrischen Transformators
Das Funktionsprinzip eines Leistungstransformators beruht auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Wenn ein Wechselstrom an die Primärwicklung angelegt wird, erzeugt er einen magnetischen Wechselstrom im Magnetkern. Dieser magnetische Fluss wird auf dem Magnetkern geschlossen und bildet eine Kopplung zwischen den Wicklungen, die eine induzierte elektromotorische Kraft (EMK) verursacht. In der Sekundärwicklung, an die die Last angeschlossen ist, werden Spannung und Strom erzeugt.
Ein bestimmtes Windungsverhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung wird verwendet, um die erforderliche Sekundärspannung zu erhalten. Ein Leistungstransformator hat die Eigenschaft der Reversibilität, d. h. er kann sowohl für Aufwärts- als auch für Abwärtsspannungen eingesetzt werden. Bei einem Aufwärtstransformator zum Beispiel ist die Spannung an der Primärwicklung niedriger als an der Sekundärwicklung.
Arten von Leistungstransformatoren
Leistungstransformatoren können nach verschiedenen Merkmalen eingeteilt werden, u. a. nach Verwendungszweck, Leistung, Art des Magnetkreises, Anzahl der Phasen und anderen Parametern.
Nach Zweck Leistungstransformatoren können unterteilt werden in:
- Abspanntransformatoren - werden verwendet, um in Verteilungsnetzen von höheren auf niedrigere Spannungen abzustufen.
- Aufwärtstransformatoren - werden zur Spannungserhöhung verwendet, um Strom über große Entfernungen zu übertragen.
Nach Art des Magnetkreises Transformatoren werden unterteilt in:
- Gepanzerte Transformatoren - haben einen magnetischen Leiter, der aus "E"-Platten besteht, die durch Lack voneinander isoliert sind. Diese Geräte haben einen ungleichmäßigen magnetischen Fluss und sind leicht zu montieren. Sie werden normalerweise in großen Haushaltsgeräten verwendet.
- Säulentransformatoren - haben eine andere Art der Wicklungsinstallation und einen anderen Aufbau des Magnetkreises. Der Magnetkreis besteht aus Elektrostahlbändern. Diese Geräte unterscheiden sich dadurch, dass die Wicklungen im Gegensatz zu gepanzerten Geräten außen liegen.
- Transformatoren mit ringförmigem Magnetkern - sind am effizientesten, aber ihre Herstellung ist komplex und arbeitsintensiv. Der Magnetkern ist eine geschlossene Ringstruktur und die Wicklungen werden direkt auf den Magnetkern gewickelt. Die Kosten für solche Transformatoren sind aufgrund der arbeitsintensiven Herstellung in der Regel höher.
Nach Anzahl der Phasen es gibt Transformatoren:
- Einphasig - werden für Kleinverbraucher oder in Verteilernetzen eingesetzt.
- Dreiphasig - werden häufiger in Stromnetzen verwendet, insbesondere in großen Umrichterstationen und Industrieanlagen.
Nach Art der Kühlung:
- Trocken-Transformatoren - Die Kühlung ist luftgekühlt, was sie ideal für die Installation in Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen macht.
- Öltransformatoren - werden für größere Leistungen verwendet, bei denen die Kühlung mit Öl erfolgt, das die Wicklungen isoliert und die Wärmeableitung unterstützt.
Beim Einbau:
- Für die Innenaufstellung - Diese Transformatoren werden in der Regel für die Stromverteilung in geschlossenen Räumen wie Umspannwerken verwendet.
- Für die Außenaufstellung - sind für den Einsatz in offenen Umgebungen konzipiert, z. B. in Verteilungsnetzen oder großen Anlagen.
Mit Macht Leistungstransformatoren können wie folgt klassifiziert werden:
- Bis zu 100 kVA, bis zu 35 kV
- 100 - 1000 kVA, bis zu 35 kV
- 1000 - 6300 kVA, bis zu 35 kV
- 6300 kVA und mehr, bis zu 35 kV
- Bis zu 32.000 kVA, 35 - 110 kV
- 32.000 - 80.000 kVA, bis zu 330 kV
- 80.000 - 200.000 kVA, bis zu 330 kV
- Über 200.000 kVA, über 330 kV
Andere wichtige Merkmale:
- Verfügbarkeit eines Ausgangsspannungsreglers - Einige Modelle sind in der Lage, die Ausgangsspannung anzupassen, um stabile Parameter zu erhalten.
- Klimaversion - können Geräte für den Betrieb sowohl unter extremen als auch normalen klimatischen Bedingungen sein.
Leistungstransformatoren spielen eine Schlüsselrolle bei der Übertragung und Verteilung von Elektrizität, und die Wahl des richtigen Typs hängt von vielen Faktoren wie Kapazität, Betriebsbedingungen und Sicherheitsanforderungen ab.
Parameter des Leistungstransformators
Bei der Auswahl eines Leistungstransformators kommt es auf die technischen Parameter an, die für die Effizienz und die Betriebssicherheit ausschlaggebend sind。:
Nennleistung：Definiert die maximale Leistung, die der Transformator ohne Überhitzung übertragen kann. Bei Zweiwickler-Transformatoren ist es die Leistung jeder Wicklung, bei Dreiwickler-Transformatoren die Leistung jeder Wicklung.
Nennspannung：Die Spannung, bei der der Transformator unter normalen Leerlaufbedingungen arbeitet. Jede Wicklung hat ihre eigene Nennspannung.
Nennstrom：Der maximale Strom, den der Transformator über einen längeren Zeitraum ohne Überhitzung übertragen kann.
Kurzgeschlossene Spannung：Die Spannung über den Wicklungen während eines Kurzschlusses auf der Sekundärseite, die den Wicklungswiderstand charakterisiert.
Kurzschlussbedingte Verluste：Die Energieverluste im Kurzschluss bestimmen die Effizienz des Transformatorbetriebs.
Leerlaufverluste：Die Energieverluste in einem Transformator, wenn er ohne Last betrieben wird, sind hauptsächlich auf die magnetische Sättigung des Kerns zurückzuführen.
Leerlaufstrom：：Der Strom, der fließt, wenn der Transformator im Leerlauf ist, was sich auf die Energieverluste auswirkt.
Umwandlungsverhältnis：Das Verhältnis der Spannungen an den Primär- und Sekundärwicklungen, das den Grad der Spannungsänderung bestimmt.
Leistungsfaktor (COSφ)：：Das Verhältnis von Wirkleistung zu Gesamtleistung, das den Wirkungsgrad des Transformators widerspiegelt.
Kühlsystem：Kühlsystem, das den Transformator vor Überhitzung schützt. Je nach Leistung des Geräts kann dies Luft oder Flüssigkeit sein.
Wie wählt man einen Leistungstransformator aus?
Die Auswahl eines Leistungstransformators für eine Anlage hängt von mehreren Schlüsselfaktoren ab, unter anderem von der benötigten Leistung und der Zuverlässigkeit der Stromversorgung. Es ist wichtig zu wissen, dass es in einigen Fällen notwendig ist, mehrere Transformatoren zu installieren, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten, so dass bei einem Ausfall eines Transformators die anderen dessen Funktionen übernehmen können. Dabei sind auch mögliche Überlastungen, die während des Betriebs auftreten können, zu berücksichtigen.
Wichtige Parameter für die Auswahl von Transformatoren:
Strom
Bei der Auswahl eines Transformators ist es wichtig, seine erforderliche Leistung genau zu bestimmen, die einen zuverlässigen Betrieb der Geräte gewährleisten muss. Bei einem Ausfall eines Geräts müssen die anderen Geräte den Ausfall kompensieren können.Verlässlichkeit und Schutz
Bei der Auswahl eines Transformators sollte die Verfügbarkeit von Schutzsystemen gegen verschiedene Fehler berücksichtigt werden:- Schutz vor inneren Schäden: Der Transformator muss mit Geräten zur Überwachung von Gas, Temperatur, Druck und Ölstand ausgestattet sein, um Fehlfunktionen zu vermeiden.
- Überlastungsschutz: Es wird empfohlen, Stromwandler in jeder Phase zu installieren, um einen Überlastschutz zu gewährleisten. Außerdem wird ein Differentialschutz verwendet, um Schäden zu vermeiden.
Kühlung und Betriebsbedingungen
Das Kühlsystem des Transformators muss an die Betriebsbedingungen angepasst werden. Je nach Leistung des Geräts können verschiedene Kühlsysteme verwendet werden: Luft, Öl oder zusätzliche Kühlgeräte.
Empfohlene Serien von Evernew Transformer Transformatoren
Unternehmen Evernew-Transformator bietet eine breite Palette von Transformatoren für unterschiedliche Bedürfnisse, darunter Modelle mit verschiedenen Leistungs- und Spannungsstufen.
TMG-Reihe
Für Netze mit Spannungen bis zu 10 kV wird die Verwendung von Transformatoren der Serie TMG. Sie sind für die Außenaufstellung konzipiert und können unter Temperaturschwankungen und in Höhen von bis zu 1000 Metern betrieben werden. Die Leistung der Transformatoren dieser Serie variiert von 25 bis 1000 kVA. Die Geräte sind vollständig hermetisch abgedichtet und mit allen erforderlichen Sensoren zur Überwachung von Druck, Temperatur und Ölstand ausgestattet. Der Schutz gegen Überdruck wird durch ein spezielles Kompensationssystem gewährleistet.Baureihe TMGSU
Bei dieser Serie handelt es sich um Dreiphasentransformatoren, die einen stabilen Betrieb sowohl bei Spannungsschwankungen als auch bei Phasensymmetrie gewährleisten. Die TMGSU-Transformatoren sind mit zusätzlichen Ventilen zum Schutz gegen Druckabfall ausgestattet, wodurch Geräteschäden bei Überlast oder Betriebsfehlern vermieden werden.Transformatoren für hohe Spannungen (bis zu 500 kV)
Für höhere Spannungen, von 35kV bis 500kV, bietet Evernew Transformer Transformatoren von 1MVA bis 200MVA an. Diese Einheiten sind ideal für industrielle Anwendungen und arbeiten unter einer Vielzahl von klimatischen Bedingungen, um eine hohe Effizienz und Langlebigkeit zu gewährleisten. Die Baureihe verfügt über alle erforderlichen Schutz- und Überwachungssysteme, um einen sicheren Betrieb während der gesamten Lebensdauer zu gewährleisten.
Typen von Transformatoren nach Zweck und Funktion:
Öltransformatoren (ölgekühlt)
Geeignet für Anlagen, bei denen ein hohes Maß an Schutz und Haltbarkeit erforderlich ist. Das Öl im Transformator sorgt nicht nur für Kühlung, sondern auch für Isolierung.Trocken-Transformatoren
Diese Geräte arbeiten mit Luftkühlung, was sie umweltfreundlicher und sicherer für den Einsatz im Wohn- und Gewerbebereich macht. Sie sind ideal für die Installation in Bereichen mit hohen Brandschutzanforderungen.Transformatoren für Umspannwerke
Konzipiert für die Stromverteilung in elektrischen Umspannwerken. Diese Geräte können entweder einphasig oder dreiphasig sein und werden typischerweise für große Stromsysteme verwendet.Transformatoren für Verteilungsnetze
Diese Transformatoren können überall dort installiert werden, wo Spannungsänderungen zur Versorgung von Industrieanlagen oder Wohngebieten erforderlich sind.Transformatoren für spezielle Anwendungen
Dazu gehören Transformatoren für spezielle Anwendungen, wie Solar- oder Windkraftanlagen, bei denen ein hohes Maß an Stabilität und Effizienz wichtig ist.
Empfehlungen für die Auswahl:
Berücksichtigen Sie die klimatischen Bedingungen
Je nach Einsatzgebiet hängt die Wahl der Kühlung und des Schutzes von den klimatischen Bedingungen ab (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschlagsmenge).Auswahl der Leistung
Die Transformatorleistung muss korrekt berechnet werden, damit sie den Anforderungen Ihrer Geräte entspricht und einen unterbrechungsfreien Betrieb bei möglichen Überlastungen gewährleistet.Achten Sie auf Garantie und Service
Vergewissern Sie sich, dass der Transformator über eine Garantie verfügt und dass im Falle eines Ausfalls ein Service und Ersatzteilservice angeboten wird.
Unternehmen Evernew-Transformator bietet qualitativ hochwertige und zuverlässige Transformatoren, die eine sichere und stabile Stromversorgung für Ihr Unternehmen gewährleisten.
