Ein elektrischer Transformator (manchmal als "Transformator" abgekürzt) ist eine elektrische Maschine, mit der die Spannung und Intensität des von einer alternierenden elektrischen Energiequelle gelieferten Stroms in ein Spannungs- und Stromsystem mit unterschiedlichen Werten, aber derselben Frequenz und geändert werden kann von der gleichen Form. Er führt diese Transformation mit ausgezeichneter Effizienz durch.
Man unterscheidet zwischen statischen Transformatoren und Kommutatoren . In einem statischen Transformator wird Energie durch den vom Transformatorgehäuse gebildeten Magnetkreis von primär zu sekundär übertragen . Diese beiden Schaltkreise werden dann magnetisch gekoppelt . Dies ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen den beiden Stromkreisen. In einem Kommutator wird Energie mechanisch zwischen einem Generator und einem Elektromotor übertragen .
Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion wurde 1831 von Michael Faraday und Joseph Henry unabhängig voneinander entdeckt . Nachdem Faraday seine experimentellen Ergebnisse zum ersten Mal veröffentlicht hat, ist ihm die Entdeckung zu verdanken.
Die Beziehung zwischen der zu einer Spannung homogenen elektromotorischen Kraft und dem magnetischen Fluss ist im Faradayschen Gesetz formalisiert , nämlich:
In welchem :
Faraday schafft mit seinen Spulen, die um einen Eisenring gewickelt sind, zwar den ersten Ringkerntransformator, berücksichtigt jedoch nicht seine praktischen Anwendungen.
Zwischen den 1830er und 1870er Jahren bildeten Fortschritte auf diesem Gebiet, hauptsächlich durch Versuch und Irrtum, die Grundlage für das Verständnis zukünftiger Transformatoren.
1836 wurde die Arbeit an den Induktionsspulen von Reverend Nicholas Callan vom Maynooth College in Irland fortgesetzt . Er war einer der ersten, der verstand, dass die Anzahl der Windungen der Sekundärspule und der Primärspule die erzeugte elektromotorische Kraft beeinflusste.
Spulen entwickeln sich dank der Bemühungen verschiedener Wissenschaftler und Erfinder, die versuchen, die Spannung von Batterien zu erhöhen, die an die Primärwicklung angeschlossen sind. Bei diesen Batterien, die Gleichstrom liefern , ist es notwendig, den Stromkreis regelmäßig zu öffnen, um die Spannungsänderung und damit die für die Induktion erforderliche Flussänderung zu erhalten. Dies wird durch "Vibrationskontakte" erreicht .
In den 1870er Jahren erscheinen die elektrischen Generatoren in Wechselstrom . Wir erkennen, dass durch die Verwendung in einer Induktionsspule das Schaltungsöffnungssystem unnötig wird.
Im Jahr 1876, der russische Ingenieur Paul Jablochkoff erfand ein Beleuchtungssystem basierte auf einer Charge von Induktionsspulen, bei dem die Primärspule mit einer verbunden ist , Wechselstromquelle und die Sekundärspule an mehrer „ Bogenlampen “ , dass er selbst entworfen. Die Montage mit zwei Induktionsspulen ist im Grunde ein Transformator.
1878 begann die ungarische Firma Ganz mit der Herstellung elektrischer Beleuchtungsgeräte und hatte bereits 1883 mehr als 50 elektrische Systeme in Österreich-Ungarn installiert .
Diese Systeme verwenden nur Wechselstrom und bestehen aus Bogenlampen und Glühlampen, die mit elektrischen Generatoren gespeist werden.
Bis in die 1880er Jahre wurden alle in Reihe geschaltet, um Wechselstrom von einer Hochspannungsquelle auf Niederspannungslasten zu übertragen. Bei Transformatoren mit offenem Stromkreis mit einem Verhältnis nahe 1: 1 sind die Primärteile in Reihe mit der Spannungsquelle geschaltet und die Sekundärtransformatoren mit den Lampen verbunden. Das Problem ist, dass beim Ein- und Ausschalten einer Lampe die Spannung an allen anderen im Stromkreis beeinflusst wird. Variable Transformatoren werden eingeführt, um dieses Problem zu lösen. Einige verwenden eine Modifikation ihres Magnetkreises oder leiten sogar einen Teil des Magnetflusses um, um ihr Umwandlungsverhältnis zu variieren.
In den 1880er Jahren erschienen die ersten Transformatoren mit guter Effizienz und konnten eine echte Anwendung finden. Ihre Verwendung ermöglicht den Sieg von Wechselstrom über Gleichstrom in elektrischen Netzen .
1882 stellten Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs in London das erste Eisenmagnetkreissystem aus, das er als „Sekundärgenerator“ bezeichnete . Nach der Ausstellung verkaufen Gaulard und Gibbs ihre Idee an die amerikanische Firma Westinghouse . Sie präsentierten ihre Erfindung 1884 erneut in Turin , wo sie für das Beleuchtungssystem verwendet wurde. Der Wirkungsgrad ihrer Vorrichtung bleibt jedoch gering und Induktionsspulen mit offenem Magnetkreis sind für die Übertragung elektrischer Energie nicht sehr effizient.
Im Herbst 1884 kamen Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy und Miksa Déri , drei mit der Firma Ganz verbundene Ingenieure , zu dem Schluss, dass offene Magnetkreise nicht die Lösung für praktische Zwecke und zur Spannungsregelung sind. In ihrem Patent von 1885 beschrieben sie zwei neue Arten von Transformatoren mit geschlossenem Magnetkreis. Im ersten Fall befinden sich die Kupferspulen um den Magnetkreis, wir sprechen vom Säulentransformator, im zweiten Fall ist es der Magnetkreis, der sich um die Spulen befindet, gepanzerter Transformator. Diese Konstruktionen werden heute noch für den Bau von Transformatoren verwendet.
Ebenfalls im Herbst 1884 produzierte die Firma Ganz den ersten hocheffizienten Transformator und lieferte ihn weiter 16. September 1884. Es hat die folgenden Eigenschaften: 1.400 Watt, 40 Hz , 120: 72 V , 11,6: 19,4 A oder ein Verhältnis von 1,67: 1, einphasig und Schlachtschiff.
Bei den beiden vorgeschlagenen Konstruktionen zirkuliert der Magnetfluss fast vollständig im Magnetkreis von primär zu sekundär. Nur ein sehr kleiner Teil geht durch die Luft, dies wird als Leckagestrom bezeichnet.
Die neuen Transformatoren sind 3,4-mal effizienter als die offenen Magnetkreis-Transformatoren von Gaulard und Gibbs. Ihr Patent enthält zwei weitere wichtige Neuerungen: Eine betrifft die Parallelschaltung von Lasten anstelle von Reihenschaltungen, die andere stellt sich die Möglichkeit vor, Transformatoren mit vielen Spulenwindungen zu bauen, die eine andere Übertragungsspannung von Elektrizität als die der Verwendung ermöglichen. Typischerweise wird ein Wert von 1400 bis 2000 V für den Transport und 100 V für die Verwendung bereitgestellt .
Der parallele Einsatz dieser neuen Transformatoren im Verteilungsnetz ermöglicht die technische und wirtschaftliche Stromversorgung. Bláthy schlägt die Verwendung eines geschlossenen Magnetkreises vor, Zipernowsky die Verwendung paralleler Verbindungen, Déri führt die Experimente durch.
Sie haben auch die Verwendung des Wortes "Transformator" populär gemacht, obwohl der Begriff bereits 1882 verwendet wurde.
1886 lieferte die Firma Ganz die Ausrüstung des ersten Umspannwerks in Wechselstrom, die parallel geschaltet ist. Die Stromversorgung wird durch einen Dampfstromgenerator aus Rom - Cerchi sichergestellt .
Obwohl George Westinghouse 1885 die Patente von Gaulard und Gibbs erwarb, erhielt die Edison Electric Light Company die Lizenz zum Bau der "Ganz" -Transformatoren in den USA . Westinghouse ist daher gezwungen, für die Herstellung seiner Transformatoren ein anderes Design zu verwenden. Er vertraute William Stanley das Design dieser neuen Modelle an . Stanleys erstes Patent für Transformatoren besteht aus einer Konstruktion mit einem Weicheisen- Magnetkreis mit einstellbarem Luftspalt zur Regelung der Spannung an der Sekundärseite. Diese Technologie wurde erstmals 1886 in den USA verkauft. Westinghouse wollte das Konzept verbessern, um die Herstellung zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu machen.
Dies führt zur Entstehung eines neuen Modells, bei dem der Magnetkern aus dünnen Schichten besteht, die durch Blätter aus Papier oder andere Isoliermaterialien voneinander getrennt sind. Die Spulen werden dann um die Säulen geschoben, bevor der Stromkreis mit den horizontalen Blechen geschlossen wird. Dieses neue Modell wurde im Dezember 1886 von Stanley beim Patentamt eingereicht und im Juli 1887 endgültig patentiert.
Der isolierte und ölgekühlte Transformator wurde um 1912 erfunden. Dies ermöglichte den Bau von Transformatoren mit höherer Leistung. Sein Hauptfehler ist seine Entflammbarkeit. Die Verwendung von PCBs ermöglicht es, diesen Nachteil zu umgehen. Ihre Toxizität führte jedoch 1987 zu ihrem Verbot. Trockentransformatoren mit Harzisolierung wurden 1965 erfunden.
1889 baute der Russe Mikhail Dolivo-Dobrovolski den ersten Dreiphasentransformator bei AEG , einem deutschen Unternehmen.
1891 schuf Nikola Tesla die Spule , die heute seinen Namen trägt. Dies ist ein Magnetkern ohne Spule, der bei hoher Frequenz in Resonanz arbeitet und sehr hohe Spannungen erzeugt.
Es ist ein virtueller Transformator ohne Verlust. Es wird verwendet, um echte Transformatoren zu modellieren. Diese werden als eine Kombination aus einem perfekten Transformator und verschiedenen Impedanzen angesehen.
In dem Fall , in dem alle Flussverluste und Leckagen vernachlässigt werden, das Verhältnis der Anzahl von Sekundärwindungen auf die Anzahl der Primärwindungen bestimmt total das Transformationsverhältnis des Transformators, festgestellt .
Wenn Verluste vernachlässigt werden, wird die Leistung vollständig übertragen, weshalb die Intensität des Stroms in der Sekundärseite im umgekehrten Verhältnis liegt, dh fast 19-mal größer als die im Primärkreis zirkulierende.
Gleiche scheinbare Kräfte : entweder:
wir können ableiten:Die maximale Scheinleistung eines Transformators wird in VA ausgedrückt .
Erklärung durch magnetischen FlussLet eine Spule sein, die N Umdrehungen, auf die wir einen sinusförmigen Spannungswert gelten mit , mit der Frequenz f f an seinen Anschlüssen und U die effektive Spannung . Beachten wir auch den durch diese Spule induzierten Wechselfluss . Wir notieren die induzierte Spannung. Die Maxwell-Faraday-Gleichung ergibt:
Durch Ersetzen durch den Wert der Sinusspannung und durch Integrieren erhält man:
Und so :
.Betrachten Sie nun den Fall eines idealen Transformators, der per Definition keinen Verlust aufweist und dessen Kern unendlich durchlässig ist. Mit anderen Worten ist der Magnetfluss in beiden Spulen gleich. Also haben wir :
Entweder durch Vereinfachung:
ImpedanzanpassungDie Verhältnisse von Spannungen und Strömen, die zwischen der Primär- und der Sekundärseite geändert werden, eine Impedanz, die an der Primärseite angeordnet ist, wird nicht mit ihrem Anfangswert an der Sekundärseite wahrgenommen.
Wir haben die Gleichung:
oder :
Das Symbol des Eisenkerntransformators entspricht zwei Spulen, die durch zwei vertikale Linien getrennt sind, die den Magnetkreis symbolisieren. Es repräsentiert ganz einfach seine physikalische Konstruktion sowie seine Kopplungsrolle.
Um einen realen Transformator im stationären Modus zu modellieren, gibt es verschiedene Modelle, die verschiedene Spezifikationen erfüllen. Meistens versuchen diese Modelle, Verluste und Spannungsabfälle unter Last zu berücksichtigen. Dem idealen Transformator werden dann lineare Dipole hinzugefügt, die es ermöglichen, die Verluste, aber auch die Spannungsabfälle während des Betriebs im Sinusmodus bei der Betriebsfrequenz zu modellieren.
Die Notationen des nebenstehenden Diagramms lauten wie folgt:
Dieses Modell vernachlässigt, wenn es die Verluste berücksichtigt, die Nichtlinearitäten und die parasitären Kapazitäten.
Bündelung der HauptimpedanzEin Transformator besteht hauptsächlich aus zwei Spulen, die durch einen Magnetkreis verbunden sind. Sie kann modelliert werden, indem zwei geeignete Induktivitäten L 1 und L 2 sowie eine Gegeninduktivität, notiert M oder manchmal L 12 , notiert werden . In dem Diagramm werden die Spannungen mit e 1 und e 2 bezeichnet , anschließend werden sie wie im vorherigen Teil mit U 1 und U 2 bezeichnet . Die Ströme I 1 und I 2 treten wieder ein. Schließlich stellen wir den Fluss in Primär und Sekundär fest. Die Widerstände werden hier vernachlässigt, um die Berechnungen besser lesbar zu machen. Zu Beginn werden wir schreiben, dass der Fluss an der Primärseite wert ist:
In sekundären:
Durch Ableiten erhalten wir folgendes System:
.
Wir führen dann das nebenstehende Ersatzdiagramm ein, das es ermöglicht, die mit dem Streufluss verbundenen Parameter und die mit der Gegeninduktivität verbundenen Parameter zu unterscheiden. Die mit diesem Diagramm verbundenen Gleichungen sind:
.
Durch Identifizieren der Parameter des zweiten Diagramms mit denen des ersten findet man:
Die "Eisen" -VerlusteDie Verluste im Magnetkreis, auch „Eisenverluste“ genannt, hängen von der Frequenz und der Versorgungsspannung ab. Bei konstanter Frequenz können sie als proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung betrachtet werden.
Diese Verluste haben zwei physikalische Ursachen:
Die Kurven der Hersteller von Magnetblechen geben für bestimmte Frequenzen die Gesamtverluste für verschiedene Induktionswerte an.
"Kupfer" -VerlusteDie Verluste durch den Joule-Effekt in den Wicklungen werden auch als "Kupferverluste" bezeichnet. Sie hängen vom Widerstand dieser Wicklungen und von der Intensität des Stroms ab, der sie durchquert. Sie sind proportional zum Quadrat der Intensität:
mit:
Wirbelstromverluste bestehen auch in den Spulen. Sie sind auf das Leckfeld zurückzuführen, aber im Allgemeinen schwach und werden nur in sehr detaillierten Modellen berücksichtigt.
DurchflussleckDer Magnetkreis wird im Modell des idealen Transformators als verlustfrei angesehen, was der Fall wäre, wenn der magnetische Widerstand des Eisens Null wäre. Dies ist jedoch nicht der Fall, der Fluss zirkuliert daher teilweise außerhalb des Kerns. Dieser als "Leckage " bezeichnete Fluss kann im Gegensatz zum "Hauptfluss" durch eine Induktivität in Reihe mit dem Widerstand jeder Wicklung modelliert werden. Indem wir die magnetische Reluktanz des Eisenkerns und N die Anzahl der Windungen notieren , erhalten wir die folgende Formel:
Um die Anzahl der Komponenten in der Modellierung zu begrenzen. Die Leckspulen werden dann im Allgemeinen unter Verwendung der Impedanzanpassungsformel auf dieselbe Seite des Transformators (primär oder sekundär) zurückgebracht.
Details zu Leckströmen, Blondelkoeffizient und KopplungWenn wir den Fluss bemerken, der durch die Primärspule fließt, und den Fluss, der die Sekundärspule erreicht. Um den Leckagestrom zu definieren, können wir sagen, dass es der vom Primärstrom erzeugte Fluss ist, von dem wir den im Sekundärstrom ankommenden Fluss subtrahieren:
Zur Erinnerung, per Definition einer Induktivität:
Wir definieren die Gegeninduktivität M so, dass wir für die Sekundärseite haben:
Durch Kombinieren der beiden Gleichungen erhalten wir:
Deshalb :
Wenn wir dieselbe Argumentation wiederholen, indem wir durch die Sekundärseite füttern, erhalten wir:
Wovon :
Im Idealfall sind die Streuinduktivitäten Null . Wir definieren den Blondel-Dispersionskoeffizienten, auch Leckagekoeffizient genannt, um den Unterschied zu diesem Fall festzustellen:
Wenn wir alle Verluste auf die Vorwahlen reduzieren. Wir erhalten :
Das merken wir
Wir definieren auch den Kopplungskoeffizienten k:
Wenn wir die erste Gleichung der Spannung an der Sekundärseite unter Berücksichtigung des Leerlauftransformators nehmen, ist I 2 Null:
undWovon
Lassen Sie per Definition von m:
Verlustmessung KurzschlusstestsUm die Verluste durch den Joule-Effekt zu messen, muss der Strom hoch und die magnetischen Verluste sehr gering sein, damit die Wicklungen einer niedrigen Spannung ausgesetzt sind. Durch Kurzschließen des Transformators mit einer reduzierten Spannungsversorgung können beide Bedingungen erreicht werden. Die Verluste des Transformators sind dann nahezu gleich den Verlusten durch den Joule-Effekt. In der Praxis wäre es nach einem Kurzschluss des Transformators nicht möglich, den Strom durch Anlegen der Nennspannung zwischen den Anschlüssen der Primärwicklung zu messen: Der Strom wäre viel zu hoch, was zu starken mechanischen Spannungen und hohen Temperaturen führen würde . Um dies zu vermeiden, werden die Kupferverluste durch Einstellen des Stroms auf den Nennstrom gemessen. Die resultierende Spannung, die als "Kurzschlussspannung" bezeichnet wird, ist dann niedriger als die Nennspannung. Sie wird als Prozentsatz der Nennspannung ausgedrückt. Eine niedrige Kurzschlussspannung führt zu einem geringen Spannungsabfall, aber zu einem hohen Kurzschlussstrom. Daher muss ein Kompromiss zwischen diesen beiden Parametern gefunden werden.
Bestimmung der Parameter während der MessungDie Kurzschlusswerte werden mit "cc" bezeichnet . R der Widerstand der Wicklungen. Z ihre Impedanz , X die Induktivität , P die Wirkleistung , U die Spannung und I der Strom .
VakuumtestsUm die Eisenverluste und die magnetischen Lecks zu messen, wird ein Zustand benötigt, für den die Verluste durch den Joule-Effekt gering sind, dh ein geringer Strom, und für den die magnetischen Verluste hoch sind, dh eine hohe Spannung. Der Leerlauf ohne Empfänger, der an die Sekundärseite angeschlossen ist, entspricht diesem Fall. Die am Transformatorprimär verbrauchte Leistung entspricht dann nahezu den magnetischen Verlusten.
Bestimmung der Parameter während der MessungWir merken an den Widerstand entsprechen Eisenverluste, die Haupt - Induktivität , die Wirkleistung bei keiner Last, die Spannung an den primären, die reale Komponente der aktuellen und seinen Imaginärteil.
Es besteht aus zwei wesentlichen Teilen, dem Magnetkreis und den Wicklungen.
Der Magnetkreis eines Transformators ist einem Magnetfeld ausgesetzt, das sich über die Zeit ändert. Für Transformatoren, die an den Verteilungssektor angeschlossen sind, beträgt diese Frequenz 50 oder 60 Hertz . Der Magnetkreis ist immer laminiert, um Wirbelstromverluste zu reduzieren , die von der Amplitude des Signals und seiner Frequenz abhängen. Bei den gängigsten Transformatoren haben die gestapelten Bleche die Form von E und I, wodurch es möglich ist, die Wicklung innerhalb der „Fenster“ des so gebildeten Magnetkreises zu platzieren.
Alle diese Siliziumeisenbleche haben eine Dicke von 0,2 bis 0,5 mm ; Sie sind entweder nicht isoliert (für geringe Leistung) oder durch eine sehr dünne Lackschicht isoliert. Ihre Qualität wird durch ihre Verluste in W / kg bei einer gegebenen Induktion von 1 Tesla spezifiziert. Es gibt üblicherweise Blätter von 0,6 W / kg bis 2,6 W / kg .
Beachten Sie, dass in den Jochen, die die Säulen verbinden, die Strömung senkrecht zur Walzrichtung verläuft. Das magnetische Material wird bestenfalls nicht verwendet, da die molekulare Orientierung für den Durchgang des Flussmittels ungünstig ist. Es gibt daher Schaltkreise in einem O-Ring, die durch das Aufwickeln eines Magnetblechstreifens gebildet werden und immer die gleiche Orientierungsrichtung für die Strömung bieten. Diese Magnetkreise werden Tori genannt . Das industrielle und wirtschaftliche Wickeln von Toroiden erfordert den Einsatz geeigneter Wickelmaschinen.
Für hohe Leistungen bestehen die Magnetkreise aus geraden oder abgeschrägten Blechen. Diese Blätter sind so gestapelt, dass sie einen quadratischen, rechteckigen oder Querschnitt bilden, der als Saint Andrew bezeichnet wird .
Für mittlere Frequenzen ( 400 zu 5000 Hz ) kornorientiertem Siliciumlage 10 / 100 mm dick sind , in der Form von „C“ Schaltungen verwendet.
Für mittlere Frequenzen (≤ 5 kHz ) ist die Verwendung von Ferriten unerlässlich (Anwendungsbeispiel: Schaltnetzteile).
Für hohe Frequenzen (≤ 1 MHz ) werden Ferrite als Magnetkreis verwendet; In Fällen, in denen die Verwendung eines magnetischen Materials aufgrund frequenzbedingter Verluste unmöglich wird, wird die Primär / Sekundär-Kopplung in Luft durchgeführt. (Anwendungsbeispiel: Funksender / -empfänger).
Der verwendete elektrische Leiter hängt von der Anwendung ab, aber Kupfer ist das Material der Wahl für alle Hochleistungsanwendungen. Die elektrischen Drähte in jedem Turm müssen voneinander isoliert sein, damit Strom durch jeden Turm fließt. Für kleine Leistungen reicht es aus, emaillierte nichtmagnetische Leiter zu verwenden, um diese Isolierung sicherzustellen. Bei Anwendungen mit höherer Leistung, vor allem aber aufgrund einer hohen Betriebsspannung, sind die Leiter von mit Mineralöl imprägniertem dielektrischem Papier umgeben. Bei mittleren und hohen Frequenzen werden Litzenleiter verwendet, um den Hauteffekt sowie Wirbelstromverluste zu begrenzen . Bei hohen Leistungen versucht man, diese in den Leitern verursachten Verluste durch die Verwendung von Flachdrähten geringer Dicke oder sogar von echten Kupfer- oder Aluminiumstreifen zu minimieren.
Die Primär- oder Sekundärwicklungen können an Zwischenpunkten der Wicklung externe Anschlüsse, sogenannte Abgriffe, aufweisen, um die Auswahl des Spannungsverhältnisses zu ermöglichen. Die Steckdosen können an einen automatischen Laststufenschalter angeschlossen werden, um die Spannung des Verteilerkreises zu steuern.
Audiofrequenztransformatoren, die zum Verteilen von Audio an Lautsprecher verwendet werden, verfügen über Buchsen, mit denen die Impedanz jedes Lautsprechers eingestellt werden kann. In Audio-Leistungsverstärkern wird häufig ein Mid-Tap- Transformator verwendet. Modulationstransformatoren in amplitudenmodulierten Sendern sind sehr ähnlich.
Da die Wicklungen elektrischen Spannungen ausgesetzt sind, müssen sie isoliert werden, um ihren ordnungsgemäßen Betrieb und die Sicherheit der Benutzer zu gewährleisten.
Die runden Drähte oder die Wohnungen sind mit einer Schicht gebackenen Lackes bedeckt, der eine Emaille bildet. Die Wohnungen existieren auch isoliert durch eine Umhüllung aus dünner Isolierung oder sogar ein Band aus geflochtenem Glasdraht, wobei das Ganze im Harz für das geflochtene Glas imprägniert ist.
Der Spannung zwischen Schichten, bei denen die Gefahr eines Zusammenbruchs besteht, wird durch die Installation eines Isolators in Form eines dünnen Bandes und dies systematisch zwischen den Wicklungen entgegengewirkt. Die gesamte Wicklung oder sogar der gesamte Transformator wird durch Schwerkraft oder unter Vakuum und Druck in einen Lack getaucht, um dann durch einen Ofen geleitet zu werden, um geglüht zu werden.
Für jede Isolierung wird eine maximale Temperatur definiert, die nicht überschritten werden darf. Darüber hinaus nimmt die Lebensdauer des Materials schnell ab.
Diese Unterscheidungen hängen oft mit den sehr vielen möglichen Anwendungen von Transformatoren zusammen.
Verteilungstransformatoren, bei denen die Spannung mindestens einer der Phasen 1000 V überschreitet, gelten als Leistungstransformatoren. Ihre Rolle im Stromnetz ist für den Transport von Elektrizität über große Entfernungen von entscheidender Bedeutung. Aufgrund ihres Hochspannungsniveaus erfüllen sie bestimmte Einschränkungen, insbesondere hinsichtlich der Isolierung. Ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer muss besonders hoch sein.
Bei diesem speziellen Transformatortyp gibt es keine elektrische Isolierung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, da die Sekundärwicklung Teil der Primärwicklung ist. Der dem Transformator zugeführte Strom fließt durch die gesamte Primärwicklung, und ein Bypass an einem bestimmten Punkt bestimmt den Ausgang der Sekundärwicklung. Die Folge ist, dass ein Teil der Wicklung vom einzelnen Strom der Primärwicklung gekreuzt wird, während der andere Teil vom Strom der Primärwicklung abzüglich des Stroms der Sekundärwicklung gekreuzt wird. Der Wicklungsabschnitt muss für einen Transformator an diese atypischen Ströme angepasst werden.
Das Verhältnis zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung ist identisch mit dem eines Transformators mit voneinander getrennten Primär- und Sekundärwicklungen.
In Frankreich wird systematisch ein Spartransformator für die Verbindung zwischen den 225- kV- und 400- kV- Netzen verwendet .
Ein „Variac“ oder variabler Spartransformator besteht aus einem Ringkernstahlkern, einer einschichtigen Kupferspule und einer Kohlebürste . Durch Variieren der Position der Bürste auf der Spule wird das Verhältnis des Spartransformators proportional variiert. Es hat gegenüber einem Rheostat den Vorteil, dass es viel weniger Joule-Verluste erzeugt und seine Spannung an der Sekundärseite viel weniger von der Last abhängt. Das Vorhandensein einer Sicherung zwischen der Sekundärseite und der Last ist wichtig, um zu vermeiden, dass in dem Fall, in dem die Spannung an der Sekundärseite und die Impedanz der Last niedrig sind, die Windungen verbrannt werden. In diesem Fall gibt es tatsächlich fast einen Kurzschluss, der über sehr wenige Windungen verteilt ist.
Ein Transformator erzeugt eine galvanische Trennung zwischen seiner Primär- und seiner Sekundärseite. Diese Eigenschaft wird insbesondere bei Trenntransformatoren verwendet. Sie dienen dazu, die Sicherheit einer Anlage zu gewährleisten, indem sie beispielsweise vor Stromschlägen schützen . Durch die galvanische Trennung wird auch ein Teil des elektrischen Rauschens beseitigt, was für einige empfindliche elektronische Geräte nützlich ist. Wie jeder Transformator lässt ein Trenntransformator keinen Gleichstrom durch.
Diese Transformatoren haben fast die gleiche Anzahl von Windungen an der Primär- und Sekundärseite:
Sie sind beispielsweise in Operationssälen weit verbreitet: Jeder Raum im Operationssaal ist mit einem eigenen Trenntransformator ausgestattet, um zu verhindern, dass ein Fehler in einer Einheit die anderen beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das neutrale System geändert werden kann (bei Verwendung von Computergeräten und / oder empfindlichen elektronischen Geräten in einer IT- Installation ).
Der Transformator ist immer noch ein Impedanztransformator, aber Elektronikingenieure geben Transformatoren, die nicht in Stromkreisen verwendet werden, diesen Namen.
Der Impedanzwandler dient in erster Linie zur Anpassung der Ausgangsimpedanz eines Verstärkers an seine Last. Dieser Transformatortyp wurde insbesondere verwendet:
Solche Anordnungen haben auch den Vorteil, dass die angeschlossenen Geräte durch eine signifikante Erhöhung des CMRR ( Common Mode Rejection Ratio ) oder der Common Mode Rejection Rate gegenüber elektromagnetischen Störungen wesentlich widerstandsfähiger werden.
Nach der Definition der International Electrotechnical Commission ist ein Messtransformator ein Transformator zur Stromversorgung von Messgeräten, Messgeräten, Relais und ähnlichen Geräten. Sie werden verwendet, um die Messung von Spannung oder Strom zu ermöglichen, wenn diese zu hoch sind, um direkt gemessen zu werden. Sie müssen die Spannung oder den Strom proportional und ohne Phasenverschiebung umwandeln.
Phasenverschiebungstransformatoren ermöglichen es, eine Phasenverschiebung zwischen ihren Eingangs- und Ausgangsspannungen zu erzeugen. Dies zielt darauf ab, ein überlastetes Netzwerk zu entlasten. Das Stromübertragungsnetz ist vermascht; Die Elektrizität leiht sich natürlich und bevorzugt die Leitungen mit dem geringsten elektrischen Widerstand aus. Dies erklärt, warum einige Leitungen möglicherweise gesättigt sind, während andere Leitungen, die denselben Bereich bedienen, möglicherweise nicht ausreichend genutzt werden.
Durch "Erzwingen" des Durchgangs von Elektrizität auf einer elektrischen Leitung anstelle einer anderen ermöglicht der Phasenverschiebungstransformator, die weniger verwendeten Leitungen zu optimieren und somit die gesättigten Leitungen zu entlasten. Dank dieser besseren Verteilung der Transite auf den Leitungen kann das Stromübertragungsnetz maximal genutzt werden.
Technisch gesehen besteht ein Phasenschiebertransformator aus einem Transformator, der in Dreieck und parallel zu den Eingangssystemen geschaltet ist, und einem Transformator, der in Reihe geschaltet ist. Beide haben separate Magnetkerne und separate Gefäße.
Ein Stufenschalter ermöglicht die Einstellung der gewünschten Phasenverschiebung.
Test oder Testtransformatoren sind Transformatoren, die bei begrenzten Lasten sehr hohe Spannungen erreichen können. Sie dienen zum Testen elektrischer Geräte.
Wirbelstromverluste innerhalb des Magnetkreises sind direkt proportional zum Quadrat der Frequenz, aber umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand des Materials, aus dem sie bestehen. Um diese Verluste zu begrenzen, wird der Magnetkreis von HF-Transformatoren aus isolierenden ferromagnetischen Materialien hergestellt:
Dieser Transformatortyp wird zur Steuerung von Thyristoren, Triacs und Transistoren verwendet. Gegenüber dem Optokoppler hat er folgende Vorteile: möglicher Betrieb bei hoher Frequenz, Vereinfachung der Montage, Möglichkeit der Versorgung mit großem Strom, gute Spannungsfestigkeit.
In dreiphasigen elektrischen Netzen könnte man durchaus in Betracht ziehen, drei Transformatoren zu verwenden, einen pro Phase. In der Praxis wird die Verwendung von Dreiphasentransformatoren (ein einziges Gerät kombiniert die drei Phasen) verallgemeinert: Diese Lösung ermöglicht den Entwurf von viel kostengünstigeren Transformatoren mit insbesondere Einsparungen im Magnetkreis. Einphasentransformatoren werden in der Tat kaum verwendet, außer bei sehr großen Scheinleistungen (typischerweise größer als 500 MVA), bei denen der Transport eines großen Dreiphasentransformators problematisch ist und die Verwendung von 3 physikalisch unabhängigen Einheiten fördert. Es gibt verschiedene Arten von Wicklungsanschlüssen, die zum Anschließen eines Dreiphasentransformators verwendet werden. Die am häufigsten verwendeten Verbindungen sind Stern-Stern, Delta-Delta, Stern-Delta, Delta-Stern.
Die Scott Montage ermöglicht es , Dreiphasen - Spannungen in die zu transformieren Zweiphasenkehrt und umgekehrt. Die Montage von Scott erfolgt dank zweier einphasiger Transformatoren, deren Leistung halb so hoch ist wie die des Einsatzes. Der erste Transformator hat die Anschlüsse seiner Primärwicklung mit zwei Phasen der drei Phasen verbunden. Der zweite Transformator ist zwischen dem zentralen Abgriff des ersten Transformators und der verbleibenden Phase der Dreiphase angeschlossen (siehe Abbildung). Das Wicklungsverhältnis des ersten Transformators ist gleich 1, während es für den zweiten gleich ungefähr 0,866 ist. Die Spannungen an der Sekundärseite sind im Standard gleich und um 90 ° phasenverschoben.
Früher weit verbreitete Zweiphasensysteme sind nach und nach Dreiphasensystemen gewichen. Der Scott-Transformator wird jedoch weiterhin in der Elektronik, aber auch in der Erzeugung, Verteilung und Übertragung von Elektrizität verwendet, wenn die Zweiphasen noch vorhanden sind.
Bei einphasigen Hochleistungsempfängern (einphasiger Elektroofen) ermöglicht die Scott-Baugruppe das Auswuchten im dreiphasigen Netz.
Dreiphasige → ZweiphasentransformationsdemonstrationIn Bezug auf , wird der erste Transformator zwischen dem Drei-Phasen - Anschluss a und c verbunden ist , damit:
Da das Verhältnis der Windungen des ersten Transformators gleich ist ,
In Bezug auf , wird der zweite Transformator zwischen der Hälfte der Wicklung des ersten Transformators und Terminal B, also verbunden:
Da das Verhältnis der Windungen des zweiten Transformators gleich ist ,
Man erhält zwei Spannungen des gleichen Standards, die um 90 ° phasenverschoben sind.Genau wie die Scott-Baugruppe wandelt die Leblanc-Baugruppe ein Dreiphasensystem in ein Zweiphasensystem um. Die beiden Anordnungen sind elektrisch äquivalent. Die Baugruppe von Leblanc verwendet einen dreiphasigen Magnetkreis. Seine primäre wird in Dreieck geschaltet, was die Wirkung des Entfernens der HAS 3 Th Harmonischen.
Obwohl seit dem späten bekannt XIX - ten Jahrhunderts war die Montage Leblanc weniger erfolgreich als Scott.
Wenn in einer Leblanc-Baugruppe die Zweiphasenströme ausgeglichen sind, gilt dies auch für Dreiphasenströme.
Der Satz von Leblanc besagt, dass eine Spule, die von einer Wechselspannung gespeist wird und dadurch ein entlang ihrer Achse pulsierendes Magnetfeld erzeugt, zwei Magnetfelder desselben Moduls erzeugt, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Dieser Satz bildet die theoretische Grundlage für den Betrieb von Einphasen-Asynchronmotoren.