Unterschiede zwischen dreiphasigen und einphasigen Transformatoren

In Haushaltsgeräten, in Schweißmaschinen, zu Prüf- und Messzwecken werden üblicherweise Einphasentransformatoren relativ geringer Leistung eingesetzt. Zur Stromversorgung von Industriekraftwerken werden leistungsstarke Einphasentransformatoren eingesetzt.

Das Aussehen eines herkömmlichen Einphasentransformators ist in der Abbildung dargestellt. Hier sehen Sie ein Magnetsystem in Form eines geschlossenen Rahmens, der zwei Stäbe sowie ein oberes und unteres Joch enthält. Auf den Stäben befinden sich Spulen mit der niedrigsten (LV) und höchsten (HV) Spannung.

Für eine möglichst rationelle Nutzung des zweistufigen Magnetsystems werden die Wicklungen mit höherer und niedrigerer Spannung in zwei Teile geteilt, wonach diese Teile je nach Parameter des ausgelegten Transformators in Reihe oder parallel geschaltet werden. Die Anschlüsse der Hochspannungs- und Niederspannungswicklungen befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns.

Wenn es notwendig ist, den Drehstrom mit Einphasentransformatoren umzuwandeln, nehmen Sie drei Einphasentransformatoren, verbinden Sie ihre Primärwicklungen nach dem Sternschema und die Sekundärwicklungen nach dem Stern- oder Dreieckschema. Somit entsteht eine dreiphasige Gruppe von Transformatoren, die in einem gemeinsamen Stromkreis mit einem separaten Magnetkreis vereint sind.

Auf eine solche Lösung (drei separate Einphasentransformatoren zur Umwandlung von Dreiphasenstrom) wird jedoch in extremen Fällen bei sehr hohen Leistungen zurückgegriffen, wenn die Installation eines großen Dreiphasentransformators nicht möglich oder seine Herstellung unpraktisch ist. Darüber hinaus ist es im Falle eines Unfalls in einer der Phasen einfacher, einen einphasigen Transformator auszutauschen, der für einen solchen Fall (nur einer, nicht drei) auf Lager gehalten werden kann. Denn Schäden an mehr als einer Phase gleichzeitig sind sehr unwahrscheinlich.

Betrachtet man einen Dreiphasentransformator, so werden hier nicht nur elektrische, sondern auch magnetische Systeme aus drei Einphasentransformatoren kombiniert. In der Praxis ist das System eines solchen Transformators wie folgt aufgebaut. Nehmen Sie drei identische zweiphasige Einphasentransformatoren, deren HV- und NV-Wicklungen nur an einem der beiden Pole liegen und der zweite Pol nicht mit Wicklungen belegt ist.

Kombinieren wir die freien Stäbe von drei Transformatoren zu einem und bewegen wir die Stäbe mit Spulen im Raum um 120 Grad relativ zueinander. Wird dieses Drehstromsystem nun an ein Drehstromnetz angeschlossen, so ist der magnetische Fluss im Zentralstab (nach dem Prinzip der Überlagerung magnetischer Felder) immer Null.

Der Mittelsteg kann daher entfernt werden, da er funktionell keine Rolle spielt.Das Ergebnis ist ein dreiphasiges Magnetsystem mit gleichen Längen des Arbeitsmagnetflusspfades für die Wicklungen jeder der drei Phasen.

Ein symmetrisches Raumsystem mit Stäben im Abstand von 120 Grad ist praktisch ideal, aber schwierig herzustellen und zu reparieren.

Eine andere Variante eines dreiphasigen Raummagnetsystems ist eine, bei der die Magnetkreise in einem regelmäßigen Dreieck gruppiert sind. Ein solcher Magnetkern ist mit einem durchgehenden Elektroband umwickelt. Tatsächlich kommt diese Entscheidung aber nur in Ausnahmefällen zur Anwendung.

Um den Aufbau eines Dreiphasentransformators so weit wie möglich zu vereinfachen und seine Herstellung und Reparatur zu erleichtern, wird in der Praxis am häufigsten eine flache asymmetrische Dreiebenenschaltung verwendet. Darin liegen drei Stäbe in einer Ebene und werden von zwei oberen und zwei unteren Jochen überlappt.

Hier ist die Weglänge des Arbeitsmagnetflusses (AB) des Mittelstabes etwas kleiner als die Weglänge der Magnetflüsse der Seitenstäbe, was sich in gewissem Maße auf die Differenz der Leerlaufströme der drei Phasen auswirkt .

Die Phasenwicklungen eines planaren asymmetrischen Systems eines Dreiphasentransformators befinden sich wie bei einem Einphasentransformator auf den Stäben und werden anschließend, wie bereits erwähnt, in einem Dreiphasenkreis zusammengefasst.

Die Kosten für die Herstellung und Montage eines solchen Transformators sind viel geringer als für die Herstellung und Montage von drei Einphasentransformatoren für die gleiche Gesamtleistung. Die Materialgewichtseinsparung beträgt ca. 33 %. Und es stellt sich heraus, dass ein solcher Transformator wesentlich kostengünstiger im Unterhalt ist. Aus diesem Grund werden fast alle modernen Drehstromtransformatoren in flacher Drehstromschaltung gefertigt.