Elektrische Maschinen: Transformatoren & Rotierende Systeme

Transformatoren: Grundlagen und Konzepte

Funktion eines Transformators

Ein Transformator wandelt elektrische Energie mit bestimmten Spannungs- und Strommerkmalen in andere um, ohne die Frequenz zu variieren.

Magnetischer Kreis

Die Aufgabe des magnetischen Kreises ist es, einen ausreichend attraktiven Pfad zu schaffen, damit der gesamte von einer Spule erzeugte magnetische Fluss im Inneren konzentriert werden kann.

Kurzschlussprüfung (Kurzschlussversuch)

Die Kurzschlussprüfung dient dazu, das Verhalten eines Transformators unter Kurzschlussbedingungen zu analysieren. Dabei wird die Spannung in der Primärwicklung bestimmt, wenn der Strom den Nennwert erreicht und der Kreis geschlossen ist. Sie hilft bei der Bestimmung von Verlusten durch den Joule-Effekt.

Verwandte Konzepte: Leerlaufspannung, Joule-Effekt Verluste.

Wirkungsgrad eines Transformators

Der Wirkungsgrad eines Transformators ist die Beziehung zwischen der Leistung, die an die Last geliefert wird, und der Leistung, die aus dem Netz aufgenommen wird.

Spannungsabfall im Transformator

Der Spannungsabfall ist der Unterschied zwischen der Leerlaufspannung und der Spannung an der Sekundärseite unter Last.

Schaltgruppe / Vektorgruppe

Eine Schaltgruppe ist eine Kennzahl, die die Phasenverschiebung zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite eines Transformators angibt, oft in Vielfachen von 30 Grad.

Autotransformatoren: Vor- und Nachteile

• Vorteile:
  • Platzersparnis
  • Kleinerer magnetischer Kreis
  • Bessere Kühlung
  • Geringerer Spannungsabfall
• Nachteile:
  • Keine galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite
  • Höhere Kurzschlussströme
  • Begrenzte Anwendungsbereiche

Drehende elektrische Maschinen

Generator

Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um.

Motor

Ein Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.

Rotor

Der Rotor ist der rotierende Teil einer elektrischen Maschine.

Stator

Der Stator ist der feste Bestandteil einer Maschine, der den Rotor umschließt und hält.

Arten von rotierenden Maschinen

• Gleichstrommaschinen (DC)

  Erregung durch Wicklungen oder Permanentmagnete.

• Wechselstrommaschinen (AC)

  Asynchron- und Synchronmaschinen.

• Weitere Maschinentypen

  Schrittmotoren, geschaltete Reluktanzmotoren, Universalmotoren.

Wichtige Komponenten rotierender Maschinen

• Induzierte Wicklung (Rotorwicklung)

  Die elektrische Wicklung im Rotor.

• Induktor (Statorwicklung)

  Der Stromkreis im Stator, der das Magnetfeld erzeugt.

• Kommutator

  Sammelt die Anfänge und Enden der Ankerwicklungen und ermöglicht die Stromumkehr bei Gleichstrommaschinen.

• Bürsten

  Stellen die elektrische Verbindung zwischen dem rotierenden Teil (Rotor) und dem festen Teil (Stator) oder einem externen Stromkreis her.

• Welle

  Dient zur Übertragung oder Aufnahme mechanischer Energie während des Betriebs der Maschine.

Asynchronmotoren: Merkmale

• Einfache Konstruktion
• Hohes Anlaufmoment
• Relativ konstante Drehzahl bei Last
• Hoher Anlaufstrom

Synchronmotoren: Merkmale

• Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes im Luftspalt
• Die Drehzahl hängt nicht von der Last an der Welle ab (konstante Synchrondrehzahl)

Schlupf bei Asynchronmotoren

Die Differenz zwischen der Drehzahl des Rotors und der synchronen Drehzahl wird als Schlupf bezeichnet.