Transformatoren: Typen, Aufbau und Kurzschlusstests

Funktionsprinzip von Transformatoren

Das Funktionsprinzip eines Transformators kann idealerweise anhand eines Einphasentransformators erklärt werden, also einer einphasigen Maschine, die mit Wechselstrom betrieben wird. Ein Transformator besteht im Wesentlichen aus einem Kern aus magnetischem Material, der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet. An dessen Schenkeln oder Säulen befinden sich Wicklungen: die sogenannte Primärwicklung, die mit Strom versorgt wird, und die Sekundärwicklung, die an einen Verbraucherkreis angeschlossen ist und die Energie liefert. Die beiden Wicklungen sind voneinander galvanisch getrennt.

Dreiphasentransformatoren

Dreiphasentransformatoren haben drei Wicklungen auf der Primärseite und drei auf der Sekundärseite. Sie können in Stern- (Y) (mit oder ohne Neutralleiter) oder Dreieckschaltung (?) verschaltet werden. Mögliche Kombinationen sind: ?-?, ?-Y, Y-? und Y-Y. Beachten Sie, dass selbst bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 die Phasenspannungen bei einer Schaltung von Dreieck zu Stern oder umgekehrt variieren können.

Spartransformatoren

Bei Spartransformatoren sind die Primär- und Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet und bilden eine einzige Wicklung. Er wiegt weniger und ist kostengünstiger als ein herkömmlicher Transformator. Daher wird er häufig verwendet, um Spannungen von 220 V auf 125 V und umgekehrt umzuwandeln, sowie für ähnliche Anwendungen. Er hat den Nachteil, dass keine galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite besteht.

Kurzschlusstest (Dreiphasentransformatoren)

Beim Kurzschlusstest werden die Anschlüsse einer Wicklung kurzgeschlossen, d.h. mit einem vernachlässigbaren Widerstand verbunden. An die andere Wicklung wird eine reduzierte, regelbare Spannung angelegt. Diese Spannung ist nur ein geringer Prozentsatz der Nennspannung der Wicklung, sodass die Nennströme in den Wicklungen fließen. Unter diesen Umständen werden die Nennströme und die aufgenommene Leistung gemessen. Da die angelegte Spannung im Vergleich zur Nennspannung gering ist, können die Leerlauf- oder Eisenverluste als vernachlässigbar angesehen werden, sodass der gesamte Energieverbrauch auf die Kupferverluste (Joule-Effekt) in den Primär- und Sekundärwicklungen zurückzuführen ist.

Kurzschlusstest (Einphasentransformatoren)

Dieser Test wird bei reduzierter Spannung durchgeführt, bis ein Nennstrom durch die Schaltung fließt. In diesem Fall wird der Magnetisierungszweig nicht berücksichtigt, da nur eine geringe Spannung erforderlich ist, um die Nennströme in den Spulen fließen zu lassen. Die Impedanzen werden hauptsächlich durch die Streuimpedanz der Spulen begrenzt. Daher ist die Flussdichte im Kern während des Kurzschlusstests gering, wodurch die Eisenverluste und der Magnetisierungsstrom noch kleiner werden. Die reduzierte Spannung Vcc, oft auch als Impedanzspannung bezeichnet, wird so eingestellt, dass der Kurzschlussstrom Icc keine Schäden an den Wicklungen verursacht. Icc wird üblicherweise als Nennstrom (Volllaststrom) gewählt. In der Regel wird dieser Test auf der Hochspannungsseite durchgeführt (damit der Strom kleiner ist).