3. Transformator - IEM
3. Transformator - IEM
3. Transformator - IEM
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<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
99
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Grundgesetze<br />
• Durchflutungssatz:<br />
• = ∮ = ∮ <br />
<br />
• Induktionsgesetz<br />
• = <br />
= <br />
<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
100
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Idealer <strong>Transformator</strong><br />
• = <br />
<br />
<br />
• = <br />
<br />
<br />
• 0 = <br />
• = <br />
<br />
= <br />
<br />
= <br />
<br />
• Ideal:<br />
• Streufluss bleibt unberücksichtigt,<br />
• Keine Verluste.<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
101
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Leerlauf<br />
• Mit Magnetisierungsstrom:<br />
• Eisenkern mit ,<br />
• Magnetisierungsstrom .<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
102
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Lastfall<br />
• Mit Magnetisierungsstrom:<br />
• Eisenkern mit ,<br />
• Magnetisierungsstrom ,<br />
• Zusätzlich Last.<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
103
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Kernausführungen<br />
• Kerntransformator Manteltransformator<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
104
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Kernschichtung<br />
• Normal-Schichtung<br />
• Step-Lap-Schichtung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
105
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Wicklungsausführungen<br />
• Zylinderwicklung Scheibenwicklung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
106
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Streuung und ohmsche Verluste<br />
• Zylinderwicklung Scheibenwicklung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
107
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Ersatzschaltbild<br />
• Mit Übersetzungsverhältnis N 1 : N 2<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
108
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Ersatzschaltbild<br />
• Übersetzungsverhältnis N 1 : N 2<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
109
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
T-Ersatzschaltbild<br />
• Übersetzungsverhältnis N 1 : N 2<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
110
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Leerlaufversuch<br />
• Messung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
111
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Leerlaufversuch<br />
• Grundgleichungen<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
112
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Kurzschlussversuch<br />
• Messung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
113
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Kurzschlussversuch<br />
• Grundgleichungen<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
114
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Kurzschlussversuch<br />
• Grundgleichungen<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
115
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Wirkungsgrad<br />
• Grundgleichungen<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Wirkungsgrad<br />
• Maximaler Wirkungsgrad<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
117
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Spannungsänderung<br />
• Zeigerdiagramm<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
118
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Spannungsänderung<br />
• Kappsches Dreieck<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
119
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Spannungsänderung<br />
• Kappsches Dreieck<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
120
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Spannungsänderung<br />
• Berechnung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
121
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Drehstromtransformator<br />
• Prinzip<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Drehstromtransformator<br />
• Ersatzschaltung – Zuordnung 1-phasig zu 3-phasig<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
123
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Aufbau und Herstellung<br />
• Schichten eines 3-phasigen Kerntransformators<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Aufbau und Herstellung<br />
• Aufbau eines 5-Schenkel-Kerns (Manteltransformator)<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
125
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
ölgekühlt<br />
• Aufbau eines ölgekühlten <strong>Transformator</strong>s<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
126
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
luftgekühlt<br />
• Aufbau eines luftgekühlten <strong>Transformator</strong>s<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
127
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Maschinentransformator<br />
• Aufbau eines luftgekühlten <strong>Transformator</strong>s<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
128
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Maschinentransformator<br />
• Aufbau eines luftgekühlten <strong>Transformator</strong>s<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
129
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Einsatzgebiete<br />
• Maschinentransformatoren<br />
• Verteilertransformatoren<br />
• Schweißtransformatoren<br />
• Spielzeugtransformatoren (Klingeltrafo)<br />
• Trenntransformatoren<br />
• Messwandler (Strom- und Spannungswandler)<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
130
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Anschlussbezeichnungen und Schaltplansymbole<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
131
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Tesla-Trafo, Marx-Generator<br />
• Hochspannung<br />
• Impulse kurzer Dauer<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
132
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Übungen<br />
Ü <strong>3.</strong>1 Einphasentransformator<br />
Auf dem Typenschild eines Einphasentransformators befinden sich<br />
folgende Angaben:<br />
400VA prim.: 800Wdg.,230V sek.: 100Wdg.<br />
Bestimmen Sie<br />
1. die Sekundärspannung U 2<br />
2. die Nennströme I 1N und I 2N .<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
133
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Übungen<br />
Ü <strong>3.</strong>2 Zeigerdiagramm <strong>Transformator</strong><br />
1. Zeichnen Sie das vereinfachte Ersatzschaltbild (nur R<br />
und X).<br />
2. Zeichnen Sie in dieses ESB folgende Größen ein:<br />
U 1 ,U´2, I 1 , I´2,∆U r ,∆U x ,∆U.<br />
<strong>3.</strong> Bei einem Kurzschlussversuch mit Nennstrom wurden<br />
folgende Größen gemessen bzw. berechnet:<br />
∆U r = 2 cm, ∆U x = 6 cm, cosϕ k = 0.316, ϕ k = 71.5 °<br />
Konstruieren Sie für ϕ 2 = 45 °(induktiv) und U´2 = 12<br />
cm die dazugehörige Eingangsspannung U1 in das<br />
dargestellte Diagramm.<br />
4. Für welchen sekundären Leistungsfaktor cosϕ 2 wird<br />
der Unterschied zwischen U 1 und U´2 am größten?<br />
Hinweis: Die Daten sind unrealistisch.<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
134
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Übungen<br />
Ü <strong>3.</strong>3 Einphasentransformator<br />
Gegeben ist ein 75 kVA <strong>Transformator</strong>, einphasig, mit folgenden Angaben:<br />
750/235V, R = 0.3Ω, X = 0.72Ω, Rfe = 521Ω<br />
Bestimmen Sie mit Hilfe des vereinfachten Ersatzschaltbildes<br />
1. die primärseitigen Werte für den Nennstrom und Dauerkurzschlußstrom,<br />
2. die Nennkupferverluste und Leerlaufverluste,<br />
<strong>3.</strong> die relativen Größen u k ,u r und u x ,<br />
4. den maximalen Wirkungsgrad sowie die dazugehörigen aufgenommenen und<br />
abgegebenen Wirkleistungen bei ohmscher Belastung,<br />
5. die Sekundärspannung bei 50% Nennstrom und cosϕ 2 = 0.866 kapazitiv.<br />
6. Bestimmen Sie grafisch U´2 für eine Belastung 0.5 I N und cosϕ 2 = 0.866<br />
induktiv. Zeichnen Sie dazu maßstäblich das Zeigerdiagramm des<br />
vereinfachten Ersatzschaltbildes (U 1 II U´2 , Nullpunkt unterdrückt, 4V/cm).<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
135
<strong>3.</strong> <strong>Transformator</strong><br />
Übungen<br />
Ü <strong>3.</strong>4 Drehstromtransformator<br />
Das Typenschild eines <strong>Transformator</strong>s enthält folgende Angaben:<br />
1,73MVA; 5,77/1 kV; Dy 11; 50Hz<br />
Ein Leerlaufversuch ergibt:<br />
5,77 kV; 5A; 5000W<br />
Im Kurzschluß erhält man<br />
346V; 173A; 31 kW<br />
1. Berechnen Sie die Elemente des einphasigen Ersatzschaltbildes.<br />
2. Wie groß ist der Gesamtwirkungsgrad bei Teillast 0.5 S N und cosϕ 2 = 1?<br />
<strong>3.</strong> Wie groß ist der Gesamtwirkungsgrad bei Volllast und cosϕ 2 = 0.8?<br />
4. Bei welcher Leistung S 1 tritt der maximale Wirkungsgrad auf?<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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