Leistungstransformator:Design,Bewertung,Verluste,Effizienz,Verwendung

• Definition des Leistungstransformators
• Leistungstransformator Design
• Leistungstransformator Diagramm
• Leistungstransformator Nennleistung
• Leistungstransformatorverluste
• Wirkungsgrad des Leistungstransformators
• Leistungstransformatoranwendung (in einem Umspannwerk)
• Wartung des Leistungstransformators
• Ausfall des Leistungstransformators

Definition des Leistungstransformators

Ein typischer Transformator kann definiert werden als "Ein Gerät, das elektrische Energie zwischen Stromkreisen überträgt". Es ist ein passives und statisches Gerät. Ein Leistungstransformator ist einzigartig. Leistungstransformatoren werden verwendet, um die Spannungen im Stromverteilungssystem zu senken und zu erhöhen. 

Ein typischer Leistungstransformator hat eine Lebensdauer von rund 30 Jahren.

Leistungstransformator Design

Ein typischer Transformator besteht aus Teilen -

• A. Metallischer Kern
• B. Zwei Wicklungen aus Spulen

Ein Leistungstransformator hat die gleichen Komponenten wie ein normaler. Zusätzlich verfügt es über ein Kühlsystem und ein Metallgerüst, das mit Blechen laminiert ist. Abhängig von der Kernstruktur kann ein Leistungstransformator entweder vom Manteltyp oder vom Kerntyp sein. Dies kann auch ein dreiphasiger oder einphasiger Typ sein. Ein dreiphasiger kann aus drei einphasigen Transformatoren hergestellt werden.

Primär- und Sekundärwicklungen werden mit Leitern entweder von innen oder von außen um den Kern gewickelt. Einphasig und dreiphasig benötigen beide Transformatoren eine Bank, um die Wicklungen zu platzieren. Wenn wir drei einphasige Transformatoren verwenden, ist es notwendig, jede von anderen isolierte Bank zu identifizieren. Wenn eine der Banken ausfällt, sorgt auch der Transformator für einen kontinuierlichen Betrieb. Bei einem einzelnen Dreiphasentransformator funktioniert dies jedoch nicht, wenn eine Bank ausfällt.

Alle diese Einstellungen mit dem Kern werden in einem Skelett gespeichert. Das Skelett wird in einem feuergeschützten Öl absorbiert. Das Öl übernimmt sowohl die Isolierung als auch die Kühlung. Es gibt Busse (Isolatoren), die es dem Leiter ermöglichen, seine Arbeit zu erledigen, ohne die äußere Struktur zu beeinträchtigen. Transformatoren benötigen ebenfalls eine Kühlvorrichtung. Ein Lüfter oder ein anderer Prozess kann dem Prozess dienen.

Leistungstransformator Diagramm

Leistungsübertragungsbewertung

Transformatoren werden basierend auf der Leistung bewertet, die sie an die Last liefern können. Wenn ein Transformator 5 Volt und 4 Ampere Strom als Ausgang liefert, beträgt die Nennleistung des Transformators 5 * 4 = 20 Volt Ampere. Aus diesem Grund werden Transformatoren in Volt - Ampere (VA) oder Kilovolt - Ampere (kVA) bewertet. Es funktioniert normalerweise für höhere Spannungen und ist in Kilovoltampere angegeben.

Ein Leistungstransformator ist ein kostspieliger Bestandteil eines Verteilungssystems. Wenn die Nennleistung nicht korrekt ist, ist der Transformator möglicherweise durchgebrannt. Daher ist es notwendig, einen Leistungstransformator genau zu bewerten. Der Stromwert kann anhand des Durchmessers der Spule der Wicklungen berechnet werden. Die Spannung kann anhand der Windungszahl oder des Windungsverhältnisses berechnet werden.

Leistungstransformatorverluste

Ein Leistungstransformator erleidet Verluste, da er kein idealer Transformator ist. Ein Transformatorverlust bedeutet Leistungsverlust. Verluste des Transformators können in vier Kategorien unterteilt werden. Sie sind -

• A. Kernverlust / Eisenverlust (Hystereseverlust & Wirbelstromverlust)
• B. Dielektrischer Verlust
• C. Kupferverlust oder Ohmscher Verlust
• D. Streuverlust

A. Kernverlust / Eisenverlust:

Diese Verluste werden auch als „No Load Losses“ bezeichnet. Diese Transformatoren erleiden solche Verluste, wenn sie mit Strom versorgt werden, auch wenn auf der Sekundärseite keine Last angeschlossen ist. Diese Arten von Verlusten sind konstant und schwanken nicht. Eisenverlust ist auch von zweierlei Art -

• ein. Hystereseverluste
• b. Wirbelstromverluste

ein. Hystereseverluste:

• Im Kern des Transformators tritt eine wechselnde Magnetisierungskraft auf. Aufgrund der magnetisierenden Hebelwirkung wurde eine Hystereseschleife nachgezeichnet und die Leistung in Form von Wärme abgeführt. Hystereseverluste verursachen einen Leerlaufverlust von 50% bis 80%.

P_h = η * B._max * N * f * V.

P_h = Hystereseverlust

η = Steinmetz-Hysteresekoeffizient

B_max = Maximale Flussdichte

n = Steinmetz-Exponenet

f  = Frequenz der magnetischen Umkehrungen pro Sekunde

V = Volumen des magnetischen Materials

b. Wirbelstromverlust:

• Wirbelstromverlust tritt aufgrund des Faradayschen Induktionsgesetzes auf. Aufgrund des Magnetflusses wird im Kernkreis eine EMK induziert. Diese EMK verursacht einen Stromfluss durch die Kernstruktur, da diese aus Eisen besteht. Dieser Strom wird als Wirbelstrom bezeichnet. Wirbelstrom ist für die Arbeit in dieser Schaltung nicht nützlich. Der Leistungsverlust aufgrund dieses Stroms wird daher als Wirbelstromverlust bezeichnet. Wirbelstromverluste sind für 20% bis 50% Leerlaufverlust verantwortlich.

Der Verlust ist gegeben durch -

Pe = K._e * B_max² * f *V*t²

P_e = Wirbelstromverlust

K_e = Wirbelstromkonstante

B_max = Maximale Flussdichte

f  = Frequenz der magnetischen Umkehrungen pro Sekunde

V = Volumen des magnetischen Materials

t = magnetische Dicke

B. Dielektrische Verluste:

• Isolatoren in Transformatoren sind der Grund für diesen Verlust. Es ist kein signifikanter Verlust und trägt 1% zu den gesamten Leerlaufverlusten bei.

C. Kupferverlust oder Ohomverlust:

• Diese Art von Verlust in einem Leistungstransformator kann als Lastverlust bezeichnet werden, da Transformatoren diese Art von Verlust aufgrund von Kurzschlussbedingungen oder bei Anschluss an die Last erleiden. Der Widerstand der Drahtwicklungen ist die Ursache für diesen Verlust. Da die meisten Kabel aus Kupfer bestehen, ist der Verlust danach benannt.

D. Streuverlust:

• Dieser Verlust tritt aufgrund des Streuflusses auf. Der Streufluss hängt von verschiedenen Parametern ab, z. B. der geometrischen Struktur der Wicklung, der Tankgröße usw. Durch Ändern dieser Parameter kann auch der Verlust verringert werden. Es ist ein vernachlässigbarer Verlust.

Es gibt auch einige andere Verluste. Eine davon sind Hilfsverluste. Das Kühlsystem des Transformators verursacht diese Art von Verlust. Unausgeglichene und verzerrte Leistung führt auch zu zusätzlichen Verlusten.

Wirkungsgrad des Leistungstransformators

Der Wirkungsgrad eines elektrischen Geräts wird als Verhältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung angegeben. Es ist gegeben durch - η.

η = Ausgang / Eingang * 100%

In einem praktischen Szenario weist ein Transformator Verluste auf, wie bereits erwähnt. Dieser Verlust ist numerisch gleich der Differenz zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung, dh -

Verlust = Eingangsleistung - Ausgangsleistung

Oder Ausgangsleistung = Eingangsleistung - Verlust

Jetzt kann Effizienz geschrieben werden -

η = (Eingangsleistungsverlust) / Eingangsleistung * 100%

η = 1- (Verlust / Eingangsleistung) * 100%

Es kann auch geschrieben werden als -

η = (V.₂I₂Cosϕ / (V.₂I₂Cosϕ + P._i+ P_c ))* 100%

Woher,

V₂ = Sekundärspannung

I₂ = Sekundärstrom

Cos ϕ = Leistungsfaktor

P_i = Eisenverlust / Kernverlust

P_c = Kupferverlust

Ein großer Leistungstransformator kann einen Wirkungsgrad von bis zu 99.75% und ein kleiner einen Wirkungsgrad von bis zu 97.50% erreichen. Wenn der Wirkungsgrad eines Leistungstransformators in einem Bereich von 98 bis 99.50% bleibt, wird er als gut angesehen.

Der Machtbedarf steigt sprunghaft an. Bei der Stromverteilung ist ein Leistungstransformator eines der wesentlichen Werkzeuge. Obwohl diese für eine höhere Effizienz ausgelegt sind, besteht ein hoher Bedarf an mehr Effizienz mit Blick auf die Umwelt und einen geringeren Stromverbrauch. Die Reduzierung von Verlusten ist der Weg zu diesem Ziel.

Leistungstransformator Anwendung (Leistungstransformator in einem Umspannwerk)

Transformatoren sind eine der wichtigsten und unglaublichsten Innovationen auf dem Gebiet der Elektrotechnik. Leistungstransformatoren werden im Stromverteilungssystem am häufigsten verwendet. Einige der Anwendungen sind -

• Leistungstransformatoren werden in Stromerzeugungs- und -verteilungssystemen eingesetzt.
• Leistungstransformatoren werden in Unterstationen eingesetzt. Eine Unterstation wandelt höhere elektrische Spannungen in niedrigere Spannungen um, und ein Leistungstransformator erledigt diese Arbeit. Dies sind die kritischsten Geräte eines Umspannwerks.
• Reduzierung von Leistungsverlusten bei der Kraftübertragung. Transformatoren tragen zur Minimierung der Leistung bei, sodass Strom in allen Bereichen zugeführt werden kann.
• Erhöhen und Verringern der Spannungen nach Bedarf.
• Leistungstransformatoren arbeiten kontinuierlich und stellen die Versorgung für 24 * 7 sicher. Wenn dies also immer erforderlich ist, kann ein Transformator verwendet werden.
• Diese finden auch Anwendung in Erdungstransformatoren, Isolationstransformatoren.

Wartung des Leistungstransformators

Leistungstransformatoren sind teuer, sperrig und ein wesentlicher Bestandteil eines Stromverteilungssystems. Ein Transformator benötigt also eine hohe Wartungsqualität. Es gibt zwei Arten von Wartungsarbeiten - täglich und zum Zeitpunkt des Notfalls. Für diesen Transformatortyp, der in einem Umspannwerk untergebracht ist, wird eine regelmäßige Wartung dringend empfohlen. Einige Wartungsarten sind unten angegeben -

Routinewartung:

1. Ölstand prüfen
2. Um den Ölstand auf dem gewünschten Stand zu halten.
3. Um eventuelle Leckagen abzudichten.
4. Zum Ersetzen des Kieselgels, wenn sich die Farbe in Rosa ändert.

Monatliche Wartung:

1. Ölstand zur Vermeidung von Schäden.
2. Um die Buchsen zu überprüfen.
3. Reinigung des Skeletts.

Halbjährliche Wartung:

1. Überprüfen der IFT-, DDA- und Flammpunkte.
2. Zur Überprüfung des Säuregehalts, des Wassergehalts und der Durchschlagfestigkeit.

Jährliche Wartung:

1. Überprüfen Sie den Zustand des Öls - die Situation in Bezug auf Feuchtigkeitsgehalt und Durchschlagfestigkeit.
2. Überprüfung aller Alarm- und Steuerschalter.
3. Erdungsanschluss messen und prüfen.
4. Buchsen prüfen und reinigen.
5. So überprüfen Sie ein Gerät für Pressemitteilungen.

Ausfall des Leistungstransformators

Ein typischer elektrischer Transformator ist in seinen Schaltungen ziemlich komplex. Ein Leistungstransformator ist komplizierter, da er einige zusätzliche Elemente enthält. Ein Transformator fällt durch Ausbrennen oder Abschalten eines Transformators aus. Der Ausfall eines Transformators kann aus mehreren Gründen auftreten. Mechanische Fehler, regelmäßige Wartung, Naturkatastrophen wie Blitze können einen Transformator zur Zerstörung führen.

• Transformatoren erzeugen während des Betriebs Wärme. Wenn es minderwertiges Material zur Isolierung gibt, würde die erzeugte Wärme zum Verbrennen führen.
• Überlasteter Zustand ist eine weitere Ursache für Transformatoren.
• Alte Transformatoren können zum Ausfall führen. Bei alten Transformatoren treten mechanische Fehler auf.
• Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Öls von den Nennwerten abweicht, kann dies ebenfalls zum Versagen führen.

Der Stromausfall kann durch regelmäßige Wartung verhindert werden. Informationen, die auf früheren Fehlern basieren, helfen auch dabei, Anzeichen eines Stromausfalls zu erkennen, bevor der Vorfall auftritt.

Um mehr über Transformator zu erfahren Klicke hier

Sudipta Roy

Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
Vernetzen wir uns über LinkedIn –