Transformatoren mit Stufenschalter

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1 8.4 Sondertransformatoren Seite 1 Transformatoren mit Stufenschalter Zum Ausgleich von Spannungsschwankungen besitzen viele Netztransformatoren Stufenschalter (Bild 8.4-1), mit denen das Übersetzungsverhältnis um bis zu 20% variiert werden kann. Der Spannungssprung pro Stufe darf maximal 1,5% bis 2% betragen (Helligkeitsschwankungen von Glühlampen!) Bild 8.4-1: Prinzip eines Stufenschalters 1. Stammwicklung primär 2. Grobstufe, 3. Feinstufe 4. Vorwähler, Schalten im stromlosen Zustand 5. Feinwähler 6. Lastumschalter

2 8.4 Sondertransformatoren Seite 2 Phasenvervielfacher Zur Verringerung der Welligkeit des Gleichstrom-Zwischenkreises in Stromrichterschaltungen werden mit Hilfe von Phasenvervielfachern 6- oder 12-Phasensysteme erzeugt (Bild und 8.4-3). Bild 8.4-2: Aufbau eines Sechsphasensystems durch Stern-Doppelsternschaltung a) Schaltung der Wicklungen b) Zeigerbild der Spannungen Bild 8.4-3: Aufbau eines Sechsphasensystems durch eine Stern-Gabelschaltung a) Schaltung der Wicklungen b) Zeigerbild der Spannungen

3 8.4 Sondertransformatoren Seite 3 Kleintransformatoren Kleintransformatoren werden meist in Spielzeugen und Geräten mit elektronischen Schaltkreisen eingesetzt, und dienen zur Reduzierung der Verbraucherspannungen auf den Kleinspannungsbereich von bis zu 42V. Ihr Entwurf ist in DIN weitestgehend festgelegt. In Gegensatz zu den großen Transformatoren besitzen Kleintransformatoren einen sehr viel größeren ohmschen Anteil, außerdem ist der relative Leerlaufstrom wesentlich größer. Zur Abschirmung zwischen Primär- und Sekundärwicklung wird aus Kostengründen häufig eine dritte, offene Wicklung aufgebracht Strom- und Spannungswandler Stromwandler (Bild 8.4-4) dienen dazu, einen meist sehr großen Primärstrom auf eine für ein Amperemeter geeignete Größenordnung zu übertragen und den Messkreis galvanisch zu entkoppeln. Bild 8.4-4: Schaltung eines Stromwandlers Bild 8.4-5: Zeigerdiagramm eines belasteten Stromwandlers

4 8.4 Sondertransformatoren Seite 4 Aus dem Zeigerdiagramm (Bild 8.4-5) lässt sich leicht erkennen, dass die Ursache für den Fehler des Stromwandlers die Entstehung des Magnetisierungsstroms I 0 I µ ist. Der Magnetisierungsstrom lässt sich durch Reduzierung der induzierten Quellspannung U q kleinhalten. Hieraus leitet sich die Forderung ab, dass der Stromwandler eine möglichst geringe Streuung haben soll und mit einem Amperemeter ("Bürde") niederohmig abgeschlossen sein muss. Der Spannungswandler dient zur Herabsetzung von Hochspannungen auf einen für Voltmeter geeigneten Wert. Fehler werden hier verursacht durch den Spannungsabfall im Längskreis des Transformators, der auch für I 2 = 0 wegen des Magnetisierungsstroms nie ganz verschwindet. Strom und Spannungswandler können immer nur Signale mit einer Frequenz korrekt übertragen. Für Messungen z. B. an Frequenzumrichtern sind sie ungeeignet. Hier verwendet man zur galvanischen Trennung meist elektronische Schaltungen, welche über einen großen Frequenzbereich die Signale linear übertragen können.

5 8.4 Sondertransformatoren Seite 5 Spartransformatoren Werden die Wicklungen eines Transformators einseitig galvanisch verbunden, so entsteht die sogenannte Sparschaltung (Bild 8.4-6). Bild 8.4-6: Schaltung der Wicklungen eines Transformators in a) Vollschaltung b) Sparschaltung Spartransformatoren werden zum Ausgleich von Spannungsschwankungen im Netz und zur Kupplung von Höchstspannungsnetzen eingesetzt. Da nur die durch die Differenz der Sekundärspannung zur Primärspannung repräsentierte Leistung transformatorisch übertragen werden muss, ist die Typenleistung von Spartransformatoren stets größer als die von Volltransformatoren. Diesem Vorteil stehen Nachteile wie die galvanisch Kopplung von Primär- zu Sekundärnetz und den im Vergleich zu Volltransformatoren größeren Kurzschlussstrom gegenüber.

6 8.4 Sondertransformatoren Seite 6 Drosselspulen Wird der gesamte Wickelraum eines Eisenkerns von nur einer Spule ausgefüllt, so erhält man eine Drosselspule. Bei großen Einheiten stellt sie einen fast rein induktiven Verbraucher dar. Drosselspulen bis zu einer Leistung von 250Mvar dienen zur Kompensation von kapazitiven Netzbelastungen durch leerlaufende Hochspannungsleitungen. In Mittelspannungsnetzen löschen sie als sogenannte Erdschlussspulen (bis ca. 10Mvar) zwischen dem Sternpunkt eines Transformators und der Erde den kapazitiven Erdschluss-Lichtbogenstrom In Stromrichterschaltungen werden Drosselspulen zur Reduzierung des Oberschwingungsanteils im Strom eingesetzt. Die Induktivität der Drosselspulen ist hierbei arbeitspunktabhängig (Bild 8.4-7). Bild 8.4-7: Abhängigkeit der Induktivität einer Drosselspule vom Grad ihrer Vormagnetisierung durch einen Gleichstrom I A.

7 8.4 Sondertransformatoren Seite 7 Übung Transformator 1 Gegeben ist ein Drehstromtransformator 20kV 0,4kV, Yy0 mit einer Bemessungsscheinleistung von S N = 100 kva. Aus dem Leerlaufversuch wurden folgende Werte ermittelt: P 0 = 0, 32kW, U 0 = 20kV, I 0 = 0, 0723A. Der Kurzschlussversuch ergab: = 175, kw, U k = 0, 8kV, I k = 2, 89A. P k 1. Geben Sie die Werte des Ersatzschaltbildes an, wenn näherungsweise gelten soll: R1 = R / / 2 und X1 σ = X2σ. 2. Wie groß ist die Sekundärspannung, wenn bei einem Lastwinkel von 0,8 induktiv der Bemessungsstrom fließt? Übung Transformator 2: Ein Drehstromtransformator 10kV 0,525kV mit einer Bemessungsscheinleistung von 250kVA besitzt einen 5-stufigen Kernquerschnitt mit einem Durchmesser von 14,1cm. Die Kernflussdichte betrage B = 16T, bei einem Eisenfüllfaktor von 0,96. Geben Sie für die Schaltungsart Yy0 die primäre und sekundäre Windungszahl an, wobei näherungsweise die Streuung und die ohmschen Widerstände zu vernachlässigen sind.