Spartransformatoren – Gerät, Prinzipien, Vor- und Nachteile

Zweck, Gerät und Funktionsprinzip von Spartransformatoren

In manchen Fällen ist es notwendig, die Spannung in einem kleinen Bereich zu variieren. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist nicht Doppelwicklungstransformatorenund einzelne Wicklungen, sogenannte Spartransformatoren. Wenn der Transformationsfaktor geringfügig von Eins abweicht, ist der Unterschied zwischen der Größe der Ströme in der Primär- und der Sekundärwicklung gering. Was passiert, wenn Sie die beiden Spulen kombinieren? Sie erhalten ein Diagramm eines Spartransformators (Abb. 1).

Spartransformatoren werden als Spezialtransformatoren klassifiziert. Spartransformatoren unterscheiden sich von Transformatoren dadurch, dass ihre Niederspannungswicklung Teil der Oberspannungswicklung ist, das heißt, die Stromkreise dieser Wicklungen haben nicht nur eine magnetische, sondern auch eine galvanische Verbindung.

Abhängig von der Einbeziehung der Wicklungen des Spartransformators kann es zu einem Spannungsanstieg oder -abfall kommen.

Reis.1 Schemata einphasiger Spartransformatoren: a-Step-down, b-step-up.

Wenn Sie eine Wechselspannungsquelle an die Punkte A und X anschließen, entsteht im Kern ein magnetischer Wechselfluss. In jeder Spulenwindung wird eine EMK gleicher Stärke induziert. Offensichtlich liegt zwischen den Punkten a und X eine EMK, die der EMK einer Windung mal der Anzahl der zwischen den Punkten a und X geschlossenen Windungen entspricht.

Wenn Sie an den Punkten A und X eine beliebige Last an die Spule anschließen, fließt der Sekundärstrom I2 durch einen Teil der Spule und liegt zwischen den Punkten A und addiert sich geometrisch und entlang des Abschnitts aX fließt eine sehr kleine Strommenge, die durch die Differenz zwischen diesen Strömen bestimmt wird. Dadurch kann ein Teil der Wicklung aus Draht mit geringer Stärke herausgeschnitten werden, um Kupfer zu sparen. Wenn man bedenkt, dass dieser Abschnitt den Großteil aller Windungen ausmacht, dann ist die Kupferwirtschaft sehr auffällig.

Daher ist es ratsam, Spartransformatoren zu verwenden, um die Spannung leicht zu verringern oder zu erhöhen, wenn im Wicklungsteil ein reduzierter Strom eingestellt wird, der beiden Stromkreisen des Spartransformators gemeinsam ist, wodurch ein dünnerer Draht verwendet und Nichteisenmetalle eingespart werden können Metalle. Gleichzeitig sinkt der Stahlverbrauch für die Herstellung eines Magnetkreises, dessen Querschnitt kleiner ist als der eines Transformators.

Bei elektromagnetischen Energiewandlern – Transformatoren – erfolgt die Energieübertragung von einer Spule zur anderen durch ein Magnetfeld, dessen Energie im Magnetkreis konzentriert ist.Bei Spartransformatoren wird Energie sowohl durch ein Magnetfeld als auch durch eine elektrische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklung übertragen.

Transformator und Spartransformator

Spartransformatoren konkurrieren erfolgreich mit Zweiwicklungstransformatoren, wenn ihr Übersetzungsverhältnis geringfügig von eins abweicht und mehr als 1,5 – 2 beträgt. Wenn das Übersetzungsverhältnis über 3 liegt, sind Spartransformatoren nicht gerechtfertigt.

Strukturell unterscheiden sich Spartransformatoren praktisch nicht von Transformatoren. Auf den Kernen des Magnetkreises befinden sich zwei Spulen. Die Leitungen werden von zwei Wicklungen und einem gemeinsamen Punkt abgenommen. Die meisten Spartransformatorteile sind strukturell nicht von Transformatorteilen zu unterscheiden.

Laborspartransformatoren (LATR)

Spartransformatoren werden auch in Niederspannungsnetzen als Low-Power-Laborspannungsregler (LATRs) eingesetzt. Bei solchen Spartransformatoren erfolgt die Spannungsregelung durch Bewegen des Schleifkontakts entlang der Wicklungswindungen.

Laborgesteuerte einphasige Spartransformatoren bestehen aus einem ringförmigen ferromagnetischen Magnetkreis, der mit einer einzelnen Schicht isolierten Kupferdrahts umwickelt ist (Abb. 2).

Aus dieser Wicklung werden mehrere konstante Anzapfungen hergestellt, wodurch diese Geräte als Abwärts- oder Aufwärts-Spartransformatoren mit einem bestimmten konstanten Übersetzungsverhältnis verwendet werden können. Darüber hinaus befindet sich auf der von der Isolierung gereinigten Oberfläche der Spule ein schmaler Pfad, entlang dem sich der Kontakt der Bürste oder Walze bewegt, um eine stufenlos einstellbare Sekundärspannung im Bereich von Null bis 250 V zu erhalten.

Wenn benachbarte Windungen im LATR geschlossen werden, erfolgt kein Windungsschluss, da die Leitungs- und Lastströme in der kombinierten Wicklung des Spartransformators nahe beieinander liegen und in entgegengesetzte Richtungen verlaufen.

Labor-Spartransformatoren werden mit einer Nennleistung von 0,5 hergestellt; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Schema eines laborgesteuerten einphasigen Spartransformators

Laborspartransformator (LATR)

Dreiphasige Spartransformatoren

Neben einphasigen Spartransformatoren mit zwei Wicklungen werden häufig auch dreiphasige Spartransformatoren mit zwei Wicklungen und dreiphasige Spartransformatoren mit drei Wicklungen verwendet.

Bei dreiphasigen Spartransformatoren sind die Phasen üblicherweise in einem Stern mit spitzem Sternpunkt verbunden (Abb. 3). Wenn eine Spannungsreduzierung erforderlich ist, wird elektrische Energie an die Klemmen A, B, C zugeführt und an den Klemmen a, b, s entnommen und bei Spannungserhöhung umgekehrt. Sie dienen zur Spannungsreduzierung beim Starten leistungsstarker Motoren sowie zur stufenweisen Regelung der Klemmenspannung. Heizelemente Elektroöfen.

Reis. 3. Schema eines dreiphasigen Spartransformators mit Sternschaltung der Wicklungsphasen bei entferntem Sternpunkt

Auch in elektrischen Hochspannungsnetzen werden dreiphasige Hochspannungstransformatoren mit drei Wicklungen eingesetzt.

Dreiphasige Spartransformatoren werden in der Regel auf der Seite der höheren Spannung sternförmig mit einem Neutralleiter verbunden. Die Sternschaltung sorgt für den Spannungsabfall, für den die Isolierung des Spartransformators ausgelegt ist.

Der Einsatz von Spartransformatoren verbessert die Effizienz von Energiesystemen, senkt die Energieübertragungskosten, führt jedoch zu einem Anstieg der Kurzschlussströme.

Nachteile von Spartransformatoren

Der Nachteil des Spartransformators besteht darin, dass die beiden Wicklungen für höhere Spannungen isoliert werden müssen, da die Wicklungen elektrisch verbunden sind.

Ein wesentlicher Nachteil von Spartransformatoren ist die galvanische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärkreis, die ihren Einsatz als Einspeiser in 6-10-kV-Netzen bei Spannungsabfällen auf 0,38 kV nicht zulässt, da an den Geräten, an denen 380 V anliegen, Spannung anliegt Leute arbeiten.

Bei Störungen aufgrund einer elektrischen Verbindung zwischen den Wicklungen des Spartransformators kann die höhere Spannung an die untere Wicklung angelegt werden. In diesem Fall werden alle Teile der Betriebsanlage an den Hochspannungsteil angeschlossen, was aus Gründen der Wartungssicherheit und der Möglichkeit einer Unterbrechung der Isolierung der leitenden Teile der angeschlossenen elektrischen Geräte nicht zulässig ist.

Hochspannungsspartransformatoren