Transformatoren: Zweck, Klassifizierung, Nenndaten für Transformatoren

Transformatoren – elektromagnetische statische Wandler elektrischer Energie. Transformatoren sind elektromagnetische Geräte, die dazu dienen, Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung mit derselben Frequenz umzuwandeln und elektrische Energie elektromagnetisch von einem Stromkreis auf einen anderen zu übertragen.

„Ein Transformator ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, das dazu bestimmt ist, ein – primäres – Wechselstromsystem in ein anderes – sekundäres mit derselben Frequenz umzuwandeln, das normalerweise andere Eigenschaften aufweist, insbesondere unterschiedliche Spannung und unterschiedlichen Strom“ (Piotrovsky LM Electric Machines).

Der Hauptzweck von Transformatoren besteht darin, die Wechselspannung zu verändern. Transformatoren werden auch zur Umwandlung der Phasenzahl und der Frequenz eingesetzt.

Als Stromwandler werden Geräte bezeichnet, die einen Strom beliebiger Größe in einen für Messungen mit normalen Instrumenten zulässigen Strom umwandeln und verschiedene Relais und Spulen von Elektromagneten mit Strom versorgen.Die Windungszahl der Sekundärwicklung des Stromwandlers w2 > w1.

Ein Merkmal von Stromwandlern ist ihr kurzschlussnaher Betrieb, da ihre Sekundärwicklung immer mit einem kleinen Widerstand geschlossen ist.

Spannungswandler sind Geräte, die Hochspannungswechselstrom in Niederspannungswechselstrom umwandeln und parallele Spulen von Messgeräten und Relais versorgen. Das Funktionsprinzip und der Aufbau von Spannungstransformatoren ähneln dem Funktionsprinzip von Leistungstransformatoren. Die Windungszahl der Sekundärwicklung beträgt w2 <w1, da alle Messspannungswandler vom Typ Abwärtswandler sind.

Das Funktionsprinzip von Spannungswandlern:

Die Besonderheit des Betriebs des Spannungsmesstransformators besteht darin, dass seine Sekundärwicklung immer hochohmig geschlossen ist und der Transformator in einem Modus nahe dem Leerlaufmodus arbeitet, da die angeschlossenen Geräte einen vernachlässigbaren Strom verbrauchen.

Am gebräuchlichsten sind Versorgungsspannungstransformatoren, die von der Elektroindustrie für eine Kapazität von über einer Million Kilovoltampere und für Spannungen bis 1150 – 1500 kV hergestellt werden.

Leistungstransformator-Design:

Für die Übertragung und Verteilung elektrischer Energie ist es erforderlich, die Spannung der in Kraftwerken installierten Turbogeneratoren und Hydrogeneratoren von 16 bis 24 kV auf die in Übertragungsleitungen verwendeten Spannungen von 110, 150, 220, 330, 500, 750 und 1150 kV zu erhöhen und danach wieder auf 35 reduzieren; zehn; 6; 3; 0,66; 0,38 und 0,22 kV für die Energienutzung in Industrie, Landwirtschaft und Alltag.

Da in Energiesystemen mehrere Transformationen stattfinden, ist die Leistung von Transformatoren 7–10 Mal größer als die installierte Leistung von Generatoren in Kraftwerken.

Leistungstransformatoren werden hauptsächlich für eine Frequenz von 50 Hz hergestellt.

Transformatoren mit geringer Leistung werden häufig in verschiedenen Elektroinstallationen, Informationsübertragungs- und -verarbeitungssystemen, Navigations- und anderen Geräten eingesetzt. Der Frequenzbereich, in dem Transformatoren betrieben werden können, reicht von einigen Hertz bis 105 Hz.

Entsprechend der Anzahl der Phasen werden Transformatoren in einphasige, zweiphasige, dreiphasige und mehrphasige unterteilt. Leistungstransformatoren werden überwiegend in dreiphasiger Ausführung gefertigt. Für den Einsatz in einphasigen Netzen hergestellt Einphasentransformatoren.

Klassifizierung von Transformatoren nach Anzahl und Anschlussschemata der Wicklungen

Transformatoren haben zwei oder mehr Wicklungen, die induktiv miteinander verbunden sind. Die Wicklungen, die Strom aus dem Netz verbrauchen, heißen primär... Die Wicklungen, die den Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen, heißen sekundär.

Mehrphasentransformatoren haben Wicklungen, die in einem mehrstrahligen Stern oder Polygon verbunden sind. Dreiphasentransformatoren haben eine Stern-Dreieck-Dreistrahlschaltung.

Anschlusspläne der Wicklung eines Leistungstransformators:

Aufwärts- und Abwärtstransformatoren

Abhängig vom Verhältnis der Spannungen der Primär- und Sekundärwicklung werden Transformatoren in Aufwärts- und Abwärtstransformatoren unterteilt. V Aufwärtstransformator Die Primärwicklung hat eine niedrige Spannung und die Sekundärwicklung eine hohe Spannung. V-Abwärtstransformator umgekehrt, die Sekundärspannung ist niedrig und die Primärspannung hoch.

Man nennt sie Transformatoren mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung mit einer Doppelwicklung. Ziemlich weit verbreitet sind Transformatoren mit drei Wicklungen und drei Wicklungen für jede Phase, zum Beispiel zwei auf der Niederspannungsseite, eine auf der Oberspannungsseite oder umgekehrt. Mehrphasentransformatoren können mehrere Wicklungen für Hoch- und Niederspannung haben.

Klassifizierung von Transformatoren nach Design

Leistungstransformatoren werden konstruktionsbedingt in zwei Haupttypen unterteilt: Öltransformatoren und Trockentransformatoren.

Bei Öltransformatoren befindet sich der Magnetkreis mit den Wicklungen in einem mit Transformatoröl gefüllten Behälter, der ein guter Isolator und Kühlmittel ist.

Trockentransformatoren sind luftgekühlt. Sie werden in Wohn- und Industriegebäuden eingesetzt, in denen der Betrieb eines Öltransformators unerwünscht ist. Transformatoröl ist brennbar und kann andere Geräte beschädigen, wenn der Tank nicht abgedichtet ist. Lesen Sie hier mehr über diesen Transformatortyp: Trockentransformatoren

Gemäß den normativen Dokumenten spiegeln sich die Konstruktionsmerkmale des Transformators in der Bezeichnung seines Typs und seiner Kühlsysteme wider.

Transformatortyp:

• Spartransformator (für einphasiges O, für dreiphasiges T)-A
• Niederspannungsspule – S
• Flüssige dielektrische Abschirmung mit Stickstoffabdeckung ohne Expander – Z
• Ausführung in Gießharz — L
• Dreiwicklungstransformator – T
• Lastschalttransformator-N
• Natürlich luftgekühlter Trockentransformator (normalerweise der zweite Buchstabe in der Typenbezeichnung) oder Version für den Hilfsbedarf von Kraftwerken (normalerweise der letzte Buchstabe in der Typenbezeichnung) – C
• Kabeldichtung – K
• Flanscheinlass (für komplette Umspannwerke) – F

Leistungsöltransformator TM-160 (250) kVA

Kühlsysteme für Trockentransformatoren:

• Natürliche Luft mit offenem Design – S
• Natürliche Luft mit geschütztem Design – SZ
• Natürlich luftdichtes Design – SG
• Luft mit forcierter Luftzirkulation – SD

Kühlsysteme für Öltransformatoren:

• Natürliche Zirkulation von Luft und Öl – M
• Zwangsluftzirkulation und natürliche Ölzirkulation – D
• Natürliche Luftzirkulation und erzwungene Ölzirkulation mit ungerichtetem Ölfluss – MC
• Natürliche Luftzirkulation und erzwungene Ölzirkulation mit gerichtetem Ölfluss – NMC
• Zwangsluft- und Ölzirkulation mit ungerichtetem Ölfluss – Gleichstrom
• Zwangsluft- und Ölzirkulation mit gerichtetem Ölfluss – NDC
• Zwangsumlauf von Wasser und Öl mit ungerichtetem Ölfluss – C
• Zwangswasser- und Ölzirkulation mit gerichtetem Ölfluss – NC

Kühlsysteme für Transformatoren mit nicht brennbarem flüssigem Dielektrikum:

• Dielektrische Flüssigkeitskühlung mit erzwungener Luftzirkulation – ND
• Nicht brennbare dielektrische Flüssigkeitskühlung mit Zwangsluftkühlung – NND

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Kfz-Transformatoren

Neben Transformatoren sind sie weit verbreitet Spartransformatoren, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklung besteht. In diesem Fall wird die Leistung von einer Wicklung des Spartransformators zur anderen sowohl durch ein Magnetfeld als auch durch elektrische Kommunikation übertragen.Spartransformatoren sind für hohe Leistungen und hohe Spannungen ausgelegt und werden in Stromversorgungssystemen sowie zur Spannungsregelung in Anlagen mit geringer Leistung eingesetzt.

Bemessungsdaten für Transformatoren

Die Nenndaten des Transformators, für den er mit einer Werksgarantie von 25 Jahren ausgelegt ist, sind auf dem Typenschild des Transformators angegeben:

• Nennscheinleistung Snom, KV-A,

• Nennnetzspannung Ulnom, V oder kV,

• Nennstrom der AzIn A-Leitung,

• Die Nennfrequenz beträgt Hz,

• Anzahl der Phasen,

• Schaltung und Gruppe zum Anschluss von Spulen,

• Kurzschlussspannung Uc, %,

• Arbeitsweise,

• Kühlungsmethode.

Das Schild enthält auch die für den Einbau notwendigen Daten: Gesamtgewicht, Ölgewicht, Gewicht des beweglichen (aktiven) Teils des Transformators. Der Transformatortyp wird gemäß GOST für die Transformatormarken und den Hersteller angegeben.

Nennleistung eines Einphasentransformators Snom =U1nom I1nom, dreiphasig

wobei U1lnom, U1phnom, I1lnom und I1fnom jeweils nominal sind Leitungs- und Phasenwerte von Spannungen und Strömen.

Die Nennspannung des Transformators ist die verkettete Leerlaufspannung der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators. Pro Nennstrom der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators werden die Ströme entsprechend der Nennleistung bei Nennprimär- und Sekundärspannung berechnet.

Aufgrund ihrer gemeinsamen Bau- und Berechnungsmethoden lassen sich Transformatoren in Drosseln, Sättigungsdrosseln und supraleitende induktive Speicher einteilen.