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Elektrische Energietechnik (S8803) Seite 3.1Transformatoren

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uq �dΦdt

�ddt ‹

mBd mA� ŒmE mds (3.(1)

3. Transformatoren

3.1 Allgemeines

Transformatoren dienen zur Spannungsumformung von Wechselspannungen. Die wesent-liche Anwendung des Transformators finden wir in der Energietechnik. Um die LeistungU ] I (Scheinleistung) mit geringen Verlusten I2 ] R über größere Entfernungen zuübertragen, muß I möglichst klein, entsprechend U möglichst groß sein.

Spannungsebenen:

` Energieerzeugung mit Synchrongeneratoren mit Spannungen um 20 kV

` Energieübertragung in Hochspannungsnetzen mit Spannungen zwischen 100 kVund 800 kV

` Energieverteilung in Mittel- und Niederspannungsnetz zwischen 100 kV und 30 kV

` Energieeinspeisung für Stromrichterantriebe 0,4...30 kV

An den Schnittstellen der Spannungsebenen besorgen Transformatoren die Spannungs-umformung, Bild 3.1. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 99 % und steigt mit der Trans-formatorgröße. Die Wirkungsweise des Transformators beruht auf dem Induktionsgesetz.(2. Maxwell´sche Gleichung) (zählweise vgl. Bild 2.2)

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Bild 3.1: Erzeugung, Verteilung und Anwendung elektrischer Energie z.B. Walz-antrieb

3.1.1 Grundmodell des Transformators

Die Anordnung in Bild 3.2 ist das Grundmodell des Transformators.

Bild 3.2: Zwei magnetisch gekoppelte, stromdurchflossene Windungen

Der Strom i1 in Spule 1 (N1 = N2 = 1) erzeugt einen magnetischen Fluß Φ11 (mit derWindung der Spule 1 verkettet); der Strom i2 erzeugt einen magnetischen Fluß Φ22.


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u12 � N1 ]dΦ1

dt� N1 ]

dΦ11

dt�N1 ]

dΦ12

dt� L1 ]

di1

dt�M12 ]

di2

dt(3.(2)

u34 � N2 ]dΦ2

dt� N2 ]

dΦ22

dt�N2 ]

dΦ21

dt� L2 ]

di2

dt�M21 ]

di1

dt(3.(3)

M12 � M21 � M (3.(4)

Die Anteile von Φ11:

` Φ21 ist mit den Windungen der Spule 2 verkettet (primärer Hauptfluß Φ1h)` Φ1σ = Φ11 - Φ21 ist der Differenzfluß (bzw. Streufluß)

Für die Flüsse in den einzelnen Spulen gilt:Spule 1 (N1 = 1)

Φ1σ, Φ21 durch i1 erzeugt; Φ11 = Φ1σ + Φ21Φ12 durch i2 erzeugt; Gesamtfluß Φ1 = Φ11 + Φ12

Spule 2 (N2 = 1)

Φ2σ, Φ12 durch i2 erzeugt; Φ22 = Φ2σ + Φ12Φ21 durch i1 erzeugt; Gesamtfluß Φ2 = Φ22 + Φ21

Für die Spannungen gilt (N1 =/ N2 =/ 1):

Aufgrund einer Energiebetrachtung ergibt sich der wichtige Zusammenhang (hier ohneAbleitung):


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i2´ �

N2

N1

] i2 �1ü] i2

(3.(5)

U34´ �

N1

N2

] U34 � ü ] U34(3.(6)

R2´ � ü 2] R2 ; L2σ´ � ü 2

] L2σ (3.(7)

3.1.2 Das elektrische Ersatzschaltbild

Bild 3.3: Auf die Primärseite bezogenes, einphasiges ESB des Transformators

Bild 3.3 zeigt das vollständige elektrische Ersatzschaltbild des Transformators.Im Ersatzschaltbild können die Eisenverluste durch einen ohmschen Widerstand Rfeparallel zu L1h nachgebildet werden.Damit das ESB die Realität richtig wiedergibt, muß der Sekundärstrom auf die Primärsei-te bezogen (auf die Primärseite umgerechnet) werden. Auf die Primärseite bezogeneGrößen werden durch einen Strich gekennzeichnet.

Da natürlich die umgesetzten Leistungen bei Berechnungen nach ESB 3.3 den tatsäch-lichen Leistungen entsprechen müssen, müssen auch Spannungen und Widerstände derSekundärseite auf die Primärseite bezogen werden.


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U12

� U1h�U

1R�U

1σ� jωL1h] I

µ� R1] I

1� jωL1σ] I

1 (3.(8)

U34

� U2h� U

2R� U

2σ� jωN2Φ h

� U2R� U

2σ

� jω ]N2

N1

] L1h] Iµ� R2] I

2� jωL2σ] I

2(3.(9)

Die Spannungsgleichungen des Transformators nach ESB 3.3 lauten:

(Sekundärgrößen nicht auf die Primärseite bezogen)

U1h = jωN1 ] Φh

U2h = jωN2 ] Φh

U1R = R1 ] I1 U2R = R2 ] I2

U1σ = jωL1σ ] I1 U2σ = jωL2σ ] I2

U12 = U1h + U1R + U1σ

U34 = U2h + U2R + U2σ

Bild 3.4: Zeigerdiagramm des belastetenTransformators

Da ü meist stark von 1 abweicht, wird das Zeigerdiagramm in Bild 3.4 unhandlich. DamitPrimärgrößen und Sekundärgrößen im gleichen Maßstab gezeichnet werden können,kann man alle Sekundärspannungen mit ü multiplizieren. Entsprechend werden alle

Sekundärströme mit multipliziert. Die Leistung ändert sich durch diese Transformation1ü

nicht.


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U12

� R1] I1� jωL1σ] I

1� jωL1h] I

µ� U

1R� U

1σ� U

1h(3.(10)

U´34 � R´2] I´2� jωL´2σ] I´2� jωL1h] Iµ

� U´2R� U´2σ� U1h

(3.(11)

Um Berechnungen nach ESB 3.3 durchführen zu können müssen auch die Spannungs-gleichungen auf die Primärseite bezogen werden. Hier ist U1h = U´2h = ü ] U2h.

Damit lauten die Spannungsgleichungen des Einphasentransformators:

Bemerkungen zu Ersatzschaltbildern

Das Ersatzschaltbild ist eine Schaltung, die denselben Gleichungen gehorcht wie dasOriginalgebilde, das durch die Ersatzschaltung dargestellt wird, ohne daß im einzelnendie gleichen physikalischen Vorgänge zugrundegelegt werden. Insbesondere sind dieOrtskoordinaten der magnetischen und elektrischen Felder eliminiert.Ein Ersatzschaltbild kann auch Vereinfachungen gegenüber dem Originalgebilde enthal-ten - muß es aber nicht!

Die Ersatzschaltung des Transformators ist ein typisches Beispiel.

1. Unterschiedliche physikalische Vorgänge:

` Lσ: Konzentrierte Induktivität zur Darstellung der unvollkommenen magne-tischen Kopplung

` Rfe: Ohmscher Widerstand zur Darstellung von Hysterese- und Wirbelstrom-verlusten im Eisenkern

2. Vereinfachungen:

` nichtlinearer Zusammenhang von θ0 und Φh wird nicht berücksichtigt

` Frequenz- und Induktionsabhängigkeit der Eisenverluste sind nicht berücksichtigt

` galvanische Trennung von Primär- und Sekundärkreis wird aufgehoben


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Solche Vereinfachungen schränken meist die Allgemeingültigkeit einer Ersatzschaltungein.

Hier: Gültigkeit nur für feste Werte für Frequenz und Induktion (Spannung). Klemmen2 und 4 auf gleichem Potential!

Wichtig: Eine Ersatzschaltung ist eine analoge Abbildung der physikalischen Vorgängedes Originals. Deshalb sind im allgemeinen unterschiedliche Ersatzschaltungen gleichenInhalts möglich.So gibt es auch unterschiedliche Ersatzschaltungen zur Darstellung der Transformator-gleichungen. Die beiden wichtigsten sind das energietechnische (Wirkungsgrad S 1, s.Bild 3.5) und das nachrichtentechnische (Informationsverlust S 0, es werden alleFrequenzen übertragen, s. Bild 3.6) Ersatzschaltbild.

Bild 3.5: Das energietechnische Ersatzschaltbild

Bild 3.6: Das nachrichtentechnische Ersatzschaltbild

Wirkungsgrad

Im Transformator treten bei Belastung zwei Gruppen von Verlusten auf, die Eisen- unddie Wicklungsverluste. Sie werden durch den Leerlauf- und Kurzschlußversuch ermittelt.


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η �

Pab

Pzu

] 100% oder η �

Pab

Pab� Vges(3.(12)

V0 �

U 212

RFe(3.(13)

PK � I 2K ] RK � I 2

K ] (R1� R´2) (3.(14)

Der Wirkungsgrad errechnet sich aus dem Verhältnis der an den Verbraucher abge-gebenen Wirkleistung Pab zu der aus dem Netz aufgenommenen Wirkleistung Pzu.

mit Vges als Gesamtverlusten.

Bild 3.7: Leerlauf und Lastverluste

Die Eisenverluste werden durch den Leerlaufversuch ermittelt. Unter zulässiger Ver-nachlässigung des Spannungsabfalles an R1 und X1σ liegt im ESB am Eisenverlustwi-derstand die Spannung U12. Die Eisenverluste V0 sind bei fest vorgegebener Netzspan-nung und -frequenz konstant.

Die Wicklungsverluste VCu werden, unter zulässiger Vernachlässigung der Eisenverluste,durch den Kurzschlußversuch bestimmt. Beim Kurzschlußversuch wird die Klemmen-spannung so eingestellt, daß der Kurzschlußstrom gleich dem Nennstrom ist.

Durch den Kurzschlußversuch können R1 und R2´ bestimmt werden, aus denen wiederumdie Wicklungsverluste VCu bei einem beliebigen Strom ermittelt werden können.


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Vges � V0� VCuN]IIN

2

(3.(15)

η �

Pab

Pab� Vges

� a ]PSN] cos Œ

a ] PSN] cos Œ � VCuN ] a 2� V0

(3.(16)

ü (1)� ü (2) (3.(17)

Sind die Wicklungsverluste VCuN bei Nennstrom IN bekannt, so läßt sich für die Verlustebei einem beliebigen Laststrom I schreiben:

Führt man noch den Leistungsfaktor ein, ergibt sich für den Wirkungsgrad:a �

IIN

PSN = Nennscheinleistung, cos Œ = Leistungsfaktor

Der Wirkungsgrad erreicht sein Maximum beim Lastfaktor , also dann, wenna �

P0

PK

die stromunabhängigen gleich den stromabhängigen Verlusten sind. Je nach Einsatzfallund Verlustbewertung wird die Optimierung für jeden größeren Transformator individu-ell vorgenommen.

3.1.3 Parallelschaltung von Transformatoren

Verbraucher können über parallelgeschaltete Transformatoren gespeist werden. (Ver-braucher kann z.B. auch ein Netz sein.)

Damit durch die Parallelschaltung keine Ausgleichsströme fließen, die die übertragbareLeistung vermindern, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

1. Im Leerlauf gleiche Sekundärspannungen, d.h. gleiches Leerlaufübersetzungs-verhältnis


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I (1)1

I (1)1N

�

I (2)1

I (2]1N

(3.(18)

R (1)K � R (2)

K R (1)K � R (1)

1 � R´ (1)2

R (2)K � R (2)

1 � R´ (2)2

(3.(19)

X (1)K � X (2)

K X (1)K � X (1)

1σ � X´ (1)2σ

X (2)K � X (2)

1σ � R´ (2)2

(3.(20)

2. Bei Belastung Stromverteilung entsprechend der Nennleistung beider Trans-formatoren

d.h. sollte z.B. bei Transformatoren gleicher Nennleistung

sein.Abweichungen bis zu 10% sind zulässig.

Bild 3.8: Parallelgeschaltete Transformatoren, a) Schaltbild und b) Ersatzschaltbild


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3.2 Sonderformen von Transformatoren

3.2.1 Spartransformator

Der Spartransformator ist ein induktiver Spannungsteiler, er kann von beiden Seitenbetrieben werden, erlaubt also auch Spannungserhöhung und ist daher ein echter Trans-formator. Der Spartransformator ist ohne Einschränkungen durch die allgemeinenErsatzschaltungen für Transformatoren darstellbar.Die wichtigen Unterschiede gegenüber dem Transformator mit getrennten Wicklungensind am vereinfachten Ersatzschaltbild des induktiven Spannungsteilers erkennbar(Vernachlässigung der Streuung und Wicklungswiderstände).

Bild 3.9: Spartransformator

3.2.2 Spannungswandler

Die Aufgabe eines Spannungswandlers ist die Übersetzung hoher Spannungen in kleine,leicht zu handhabende Spannungen für Meßzwecke. Dazu muß die Spannung nach Größeund Phase genau übersetzt werden. Deshalb ist nicht wie sonst üblich die übertragbareLeistung, sondern der Meßfehler entscheidend.Die Belastung eines Wandlers wird Bürde genannt. Die Bürde ist eine ohmsch-induktiveLast, da meist Spulen von Meßgeräten und Relais angeschlosssen sind. (zulässige Wertebeachten, sonst Meßfehler)


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3.2.3 Stromwandler

Die technische Anwendung des Transformators mit eingeprägtem Strom ist der Strom-wandler. Seine Aufgabe ist die Übersetzung von Strömen zu Meß- und Schutzzwecken(vergl. Spannungswandler) sowie die galvanische Trennung von Hauptstromkreis undMeßkreis.Der Strom muß nach Größe und Phase richtig übersetzt werden; Beurteilungskriteriumist auch hier der Meßfehler.Da lineare Zusammenhänge gefordert sind, kommt nur eine Betriebsweise in Betracht,die dem sekundärseitigen Kurzschluß nahekommt. Als Bürde sind die Stromspulen vonMeßinstrumenten und Relais anzunehmen. (zulässige Werte beachten, sonst Meßfehler)

3.2.4 Übertrager

Während Transformatoren in der Energietechnik hauptsächlich zur Übersetzung vonSpannungen und Strömen dienen, werden sie in der Nachrichtentechnik vorzugsweise zurLeistungsanpassung eingesetzt. Sie werden dort Übertrager genannt.Ein Übertrager ist ein zur Leistungsanpassung eingesetzter Transformator.Von Anpassung spricht man, wenn ein Verbraucher eine Impedanz hat, die dem konju-giert komplexen Innenwiderstand der Quelle gleich ist. Bei Anpassung nimmt derVerbraucher die maximal mögliche Leistung auf.Ein komplexer Widerstand Z wird durch den Übertrager mit ü2 ] Z auf die Primärseiteübersetzt. Zur Beschreibung der prinzipiellen Funktionsweise des Übertragers reicht dasidealisierte Ersatzschaltbild des Transformators.

Bild 3.10: Idealisiertes Ersatzschaltbild des Übertragers


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3.3 Der Dreiphasentransformator

Ein Dreiphasentransformator kann durch die Zusammenschaltung der Wicklungen vondrei gleichen Einphasentransformatoren zu einem Dreiphasensystem realisiert werden.Wenn die Kerne der drei Einphasentransformatoren dabei unverändert bleiben, ergibtsich eine nur elektrisch verkettete Anordnung (Bild 3.11 a; das Wicklungssymbol gilthier für Primärwicklung, Sekundärwicklung nicht dargestellt, Leerlaufbetrieb).

Bild 3.11: Zusammenschaltung von drei Einphasentransformatoren

Im symmetrischen Dreiphasensystem sind die drei Strangspannungen dem Betrage nachgleich. Aufgrund ihrer relativen Phasenlage ist ihre Summe Null.Die Flüsse sind den Strangspannungen proportional, also ist auch ihre Summe Null.Wegen Φ1 + Φ2 + Φ3 = 0 kann der gemeinsame Mittelschenkel entfallen, da dort ohnehinkein Fluß auftritt. Dadurch erhält man eine elektrisch und magnetisch verkettete An-ordnung (Bild 3.11, b). Der Aufbau nach Bild 3.11 b heißt "Tempeltransformator".Konstruktiv einfacher ist der "Kerntransformator", bei dem die drei Schenkel in eineEbene verlegt sind. Da der mittlere Schenkel einen kürzeren magnetischen Weg hat alsdie beiden äußeren, fließen unterschiedliche Magnetisierungsströme. Dieser Effekt wirdzunächst vernachlässigt.


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I1� I

2� I

3� 0 ; ˆ I � 0 (3.(21)

U1� U

2� U

3� 0 ; ˆ U � 0 (3.(22)

U1N� U

2N� U

3N� 0 ; ˆ U

St� 0 (3.(23)

3.3.1 Allgemeine Grundregeln des Drehstromtransformators

Beim elektrisch und magnetisch verketteten Drehstromtransformator werden elektrischesund magnetisches Gleichgewicht erzwungen.

Elektrisches Gleichgewicht bedeutet:

` Die in den einzelnen Wicklungen induzierten Spannungen werden vom speisendenNetz vorgegeben und halten diesem damit das Gleichgewicht.

` Je nach der Schaltung des Transformators wird ein Gleichgewicht der speisendenStröme erzwungen, z.B. ist in einer Sternschaltung die Summe der Leiterströ-me = Null (einschließlich eines evtl. vorhandenen Sternpunktleiterstromes).

Magnetisches Gleichgewicht bedeutet:

` Es besteht ein Zwangszustand für die Hauptflüsse, der durch die Konzeption desTransformatorkerns zwingend vorgeschrieben ist.Dementsprechend müssen auch die Durchflutungen im Gleichgewicht sein.

Aufgrund des elektrischen und magnetischen Gleichgewichts gelten die folgendenRegeln:

1. Ist die Primärwicklung im Stern geschaltet, so ist die Summe der Leiterströmegleich Null. Im Sonderfall ohne Sternpunktleiter:

Die Summe der Außenleiterspannungen ist Null.

(Durch speisendes Netz erzwungenes Gleichgewicht.)Im Sonderfall mit Sternpunktleiter ist die Summe der Sternspannungen USt eben-falls Null.

2. Bei Dreieckschaltung der Primärwicklungen ist die Summe aller Leiterspannungengleich Null.


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URS� U

ST� U

TR� 0 ; ˆ U

L� 0 (3.(24)

Φ1�Φ

2�Φ

3� 0 ; ˆ Φ � 0 (3.(25)

ˆ θ � 0 (3.(26)

u � N1]dΦh

dt(3.(27)

mHFe �

mBµ0 µr

� 0 (3.(28)

ŒmH mds � θ � 0 (3.(29)

(Durch speisendes Netz erzwungenes Gleichgewicht.)

3. Beim Kern- oder Tempeltransformator ist die Summe der Hauptflüsse gleich Null.

(Durch Bauart des Kerns erzwungenes Gleichgewicht)

4. Die Summe der auf jedem Schenkel durch die Belastungsströme erzeugten Durch-flutungen ist entweder Null oder gleich einer auf allen Schenkeln gleichen resultie-renden Durchflutung θr. Eine Dreieckwicklung läßt eine resultierende Durchflutungnicht zu. Aus Regel 4 ergibt sich:

5. Die Summe der in jeden Kernfenster von den Belastungsströmen erzeugten Durchflutung ist Null.

Dieser Zusammenhang kann auch folgendermaßen erklärt werden: Durch die vor-gegebenen Spannungen der Primärwicklungen ist der magnetische Fluß und damit diemagnetische Induktion B in jedem Schenkel begrenzt.

Da für Eisen in erster Näherung gilt µr S Q, gilt

Mit in jedem Schenkel gilt auch für einen geschlossenen Umlauf im EisenwegmHFe � 0(Kernfenster):


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3.3.2 Belastung des Drehstromtransformators

1. Symmetrische Belastung

Bei symmetrischer Belastung ist, vom Magnetisierungsstrom abgesehen, die Art desmagnetischen Rückschlusses ohne Einfluß.Das Verhalten des symmetrisch belasteten Drehstromtransformators kann durch daseinphasige Ersatzschaltbild hinreichend beschrieben werden. Eine etwa vorhandeneDreieckwicklung wird dazu mit Hilfe der Dreieck S Sterntransformation in eine äquiv-alente Sternschaltung umgewandelt.Auf diese Weise kann z.B. der in jeder Phase auftretende Längsspannungsabfall beiBelastung mit der vereinfachten Ersatzschaltung (RK, XK) berechnet werden.

2. Unsymmetrische Belastung

Bevor an Beispielen unsymmetrische Belastungen behandelt werden, sollen zunächstSchaltungen und Darstellungen erläutert werden:

Schaltung Symbol

Oberspannungswicklung: Stern ------------------------------------(Primärwicklung)

Stern mit Sternpunktleiter ----------------

Dreieck (Dreileiternetz) ------------------

Unterspannungswicklung: Stern -----------------------------------------(Sekundärwicklung)

Stern mit Sternpunktleiter ----------------

Dreieck --------------------------------------

Zickzack (nur mit Sternpunktschaltung)------


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Klemmenbezeichnungen (siehe Bild 3.12 und Bild 3.13):nach DIN 42 500

Oberspannung: GroßbuchstabenU1, V1, W1, U2, V2, W2, N (früher MP)

Unterspannung: Kleinbuchstabenu1, v1, w1, u2, v2, w2, n (früher mP)

Bild 3.12: Wicklungsanordnung der Stern-Stern-Schaltung

Bild 3.13: Schaltbild der Stern-Stern-Schaltung

Unsymmetrische Belastungsfälle

In den folgenden Beispielen wird die unter- und oberspannungsseitige Stromverteilungunter Berücksichtigung des elektrischen und magnetischen Gleichgewichts bestimmt. Mitder Voraussetzung N1 = N2 können statt der Durchflutung gleich die Ströme eingetragenwerden. Es werden jeweils einphasige Belastungen behandelt.


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Iu� I

v� I

w� 0 ; I �

Uuv

Z(3.(30)

Iu� �I ; I

v� �I ; I

w� 0 (3.(31)

N2 I� N1 IU� N1 I

V� N2 I � 0 (3.(32)

2 ] I � IU� I

V (3.(33)

�N2 I� N1 IV� N1 IW � 0 (3.(34)

I � IW� I

V (3.(35)

Fall 1:

Last zwischen 2 Außenleitern (Bild 3.14)

Bild 3.14: Schaltbild zu Fall 1

1. Elektrisches Gleichgewicht der Sekundärseite

2. Magnetisches GleichgewichtSekundäre Durchflutungen sind bekannt. Primäre Durchflutungen überMaschengleichungen für magnetische Spannungen bestimmen.

Fenster 1:

wegen N1 = N2

Fenster 2:

wegen N1 = N2


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IU� I

V� I

W� 0 (3.(36)

IU� �I ; I

V� �I ; I

W� 0 (3.(37)

I �

Uw0

Z(3.(38)

Iu� 0 ; I

v� 0 ; I

w� I � I

0� I (3.(39)

�IU� I

V� 0 S I

U� I

V (3.(40)

�IV� I

W� I � 0 ; I � I

W� I

V (3.(41)

IU� �

13

I ; IV� �

13

I ; IW� �

23

I ; I0� I (3.(42)

3. Elektrisches Gleichgewicht der Primärseite

Aus den Gleichungen (3.33) und (3.35) ergibt sich:

Fall 2

Stern-Stern mit Sternpunktleiter und einphasiger Last (Bild 3.15)



2. Magnetisches Gleichgewicht (N1 = N2)Fenster 1

Fenster 2

3. Elektrisches Gleichgewicht auf der Primärseite


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Konsequenzen dieser Lösung:

Auf jedem Schenkel verbleibt eine resultierende Durchflutung von . Diese in allen�

13

N2] I

3 Schenkeln nach Betrag und Phase gleiche Durchflutung erzeugt Flüsse, die sichallerdings im Eisenkern nicht schließen können (magnetische Sternschaltung).Die Flüsse schließen sich über die Luft bzw. Konstruktionsteile (z.B. Transformatorkes-sel).Wegen des hohen magnetischen Widerstandes dieses Flußweges bleiben diese Flüsseklein.

Auswirkungen dieses Stromflusses:

` In den vom Fluß durchsetzten metallischen Konstruktionsteilen entstehenHysterese- und Wirbelstromverluste S Zusatzverluste.

` In den Wicklungen entstehen durch diese zusätzlichen Flüsse zusätzliche Spannun-gen, die in allen 3 Strängen gleiche Phasenlage haben (abhängig von der Phasen-lage des einphasigen Belastungsstromes I). Diese Spannungsänderung bewirkt nunauch eine Änderung des Stromes I. (Bild 3.16)

Bild 3.16: Spannungen der Primärwicklungen bei Luftfluß (Wechselfluß Φz)

Durch die Nullpunktsbelastung entstehen Zusatzverluste und Spannungsverlagerung.Üblicherweise wird deshalb der Strom des Nullpunktleiters auf 10 % des Nennstromesbegrenzt.Bei Mantelkerntransformatoren (5 Schenkel) kann sich der bei Belastung des Null-punktleiters entstehende Restfluß über die freien Schenkel schließen (magnetischerKurzschluß). Eine Belastung des Nullpunktleiters ist deshalb nicht gestattet.


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Iu� 0 ; I

v� 0 ; I

w�

Uw0

Z� I ; I

0� I (3.(43)

IW� I ; I

V� �I ; I

U� 0 (3.(44)

Fall 3

Last zwischen Außenleiter und Sternpunktleiter (Bild 3.17)



2. Magnetisches Gleichgewicht (N1 = N2)

Die Dreieckwicklung gestattet volle Nullpunktsbelastbarkeit auf der Sekundärseite.Diesen Vorzug der Dreieckschaltung kann man auch nutzen, wenn bei einem Trans-formator eine zusätzliche Dreieckwicklung als sogenannte Ausgleichswicklung benutztwird.Bezeichnung: Dreieckwicklung als Tertiärwicklung, Dreieckausgleichswicklung.


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IW� I

0� I I

a�

13

I (3.(45)

IW�

23

I ; IU� I

V� �

13

I (3.(46)

Fall 4

Last zwischen Außenleiter und Sternpunkt (Bild 3.18)


In den drei Strängen der Tertiärwicklung ist nur ein einheitlicher Strom Ia möglich. DieBestimmung der Ströme erfolgt wie in den vorherigen Beispielen.Als Ergebnis erhält man:

Die Ausgleichswicklung für eine Durchflutung = Null auf allen Schenkeln macht denTransformator voll nullpunktsbelastbar.

Der gleiche Effekt ist mit einer sogenannten Zickzackwicklung zu erzielen. (Bild 3.19)

Bild 3.19: Schaltbild eines Drehstromtransformators mit Zickzackwicklung und Lastzwischen Außenleiter und Sternpunktleiter


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3.3.3 Schaltgruppen von Drehstromtransformatoren

Durch die Möglichkeit, die einzelnen Wicklungsstränge unterschiedlich zu verbinden,ergibt sich eine Vielzahl verschiedener Drehstromtransformatoren, die durch die "Schalt-gruppe" (VDE 0532) gekennzeichnet sind. Hierbei gibt es Symbole für die Schaltung vonPrimär- (Großbuchstaben) und Sekundärwicklung (Kleinbuchstaben) sowie eine zusätzli-che Ziffer, die die relative Lage der Zeiger von primärer und sekundärer Außenleiter-spannung angibt, und zwar als Vielfaches von 30°.

Beispiele

Y y 0: Stern - Stern, Phasenverschiebung 0 ] 30 ° = 0°D y 5: Dreieck - Stern, Phasenverschiebung 5 ] 30° = 150°

Die verschiedenen Schaltgruppen von Drehstromtransformatoren sind in Bild 3.20 zu-sammengestellt. Die bevorzugten Schaltgruppen sind unterstrichen.


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Bild 3.20: Schaltgruppen von Drehstromtransformatoren

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I E Enstitut für lektrische nergietechnik

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Deckblatt und Inhaltverzeichnis

Kapitel 1

Kapitel 2

Kapitel 3

Kapitel 4

Kapitel 4

Kapitel 5 und Literatur

Seite 1 bis 10

Seite 11 bis 46

S8803 Elektrische Energietechnik

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http://www.iee.tu-clausthal.de/Skripten/S8803K1.pdf



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http://www.iee.tu-clausthal.de/Skripten/S8803K5Lit.pdf

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