Teile von Transformatoren: Schlüsselkomponenten und ihre Rolle bei der Stromverteilung

BEZ TRANSFORMÁTORY wäre es nicht möglich, Strom effizient über große Entfernungen zu übertragen. Es würden erhebliche Verluste entstehen. Aber was sind die Schlüsselkomponenten, die die Wechselspannung verändern und die effiziente Übertragung und Verteilung von Strom ermöglichen? Aus welchen Teilen besteht ein Transformator und welche Funktion haben sie im Betrieb?

Kern: das Herz des Transformators

Der Kern ist das Schlüsselelement des Transformators. Er dient dazu, den magnetischen Fluss zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen zu leiten und so eine effiziente Energieübertragung durch elektromagnetische Induktion zu gewährleisten. Er bündelt und verstärkt das Magnetfeld, das durch den Strom in den Wicklungen entsteht. Je hochwertiger das Material ist, aus dem er besteht, desto mehr minimiert er die Energieverluste und erhöht die Effizienz des Transformators.

Der Kern besteht in der Regel aus dünnen Blechen aus Elektrostahl mit einer Isolierschicht. Die Bleche sind geschichtet, um Wirbelströme und damit Wärmeverluste zu reduzieren. Dieses Material wird wegen seiner ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften ausgewählt – insbesondere wegen der geringen Hystereseverluste und der hohen magnetischen Permeabilität.

Je nach der Anordnung des magnetischen Flusses im Kern unterscheiden wir zwei Grundtypen von Kerndesigns:

• Kern (Säulenkern): Die Wicklungen befinden sich auf den Armen des Kerns und der magnetische Fluss fließt hauptsächlich durch die Säulen. Diese Art von Kern ist einfacher und wird häufig in Leistungsanwendungen eingesetzt.
  
• Kernummantelung: Die Wicklungen sind auf allen Seiten von einem Kern umgeben, was zu geringeren Verlusten und einer höheren mechanischen Festigkeit führt. Diese Anordnung ist zum Beispiel geeignet, wenn Anforderungen an Kompaktheit und Festigkeit bestehen.

Die Wahl des Kerntyps hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab, wie Stromstärke, Spannung, Abmessungen und Kühlbedingungen.

Wicklungen: ein Schlüsselelement der Spannungsumwandlung

Wicklungen gehören zu den wichtigsten Bestandteilen eines Transformators. Sie sind auf einen Kern gewickelte Spulen, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion die Übertragung von elektrischer Energie zwischen Stromkreisen ermöglichen.

Am häufigsten finden wir sie im Transformator:

• Primärwicklungen, die Strom aus dem Netz erhalten und einen magnetischen Fluss im Kern erzeugen.
• Sekundärwicklungen, die je nach Windungsverhältnis eine elektrische Spannung induzieren und an den Ausgangsstromkreis liefern.

Transformatoren mit einem komplexeren Aufbau können auch eine Tertiärwicklung, eine Hilfswicklung oder eine Ausgleichswicklung haben.

Die Wicklungen bestehen aus Kupfer- oder Aluminiumleitern:

• Die aus Kupfer haben eine bessere Leitfähigkeit, geringere Verluste, aber einen höheren Preis.
• Die aus Aluminium sind eine billigere Alternative, haben aber eine größere Größe und eine höhere Widerstandsfähigkeit.

Auch die Isolierung der Wicklungen ist wichtig. Es werden verschiedene Materialien verwendet, zum Beispiel Lack, Papier, Polyesterfolie oder Epoxidharz.

Die Wicklungen spielen eine Schlüsselrolle für die ordnungsgemäße Funktion eines Transformators, denn sie bestimmen die Ausgangsspannung und die Effizienz der Stromübertragung. Wenn die Sekundärwicklung mehr Windungen hat als die Primärwicklung, erhöht sich die Spannung des Transformators. Hat die Sekundärwicklung dagegen weniger Windungen als die Primärwicklung, reduziert der Transformator die Spannung. Wir sprechen daher von Aufwärts- und Abwärtstransformatoren.

Teile zur Kühlung von Transformatoren

Jeder Transformator erzeugt während des Betriebs Wärme. Würde er nicht ausreichend gekühlt, würde die Temperatur gefährlich ansteigen, was beispielsweise zu einer Verschlechterung der Isolierung, einem geringeren Wirkungsgrad und im Extremfall zum Ausfall des Geräts führen würde. Die Wahl des richtigen Kühlsystems ist daher sehr wichtig:

• Olejové chladenie: Efektívne odvádza teplo a predlžuje životnosť zariadenia. Nájdeme ho vo veľkých výkonových transformátoroch v elektrárňach a rozvodných sieťach alebo priemyselných transformátoroch, kde je potrebná vysoká účinnosť.
• Vzduchové chladenie: Je menej náročné na údržbu a ekologicky prijateľnejšie. Používa sa v malých a stredných distribučných transformátoroch v mestských budovách, ale aj nemocniciach, kancelárskych priestoroch a tuneloch, kde je na prvom mieste bezpečnosť. Nehrozí totiž žiadne riziko úniku oleja.

Andere Teile des Transformators, die für einen sicheren und effizienten Betrieb wichtig sind

Neben den Hauptbestandteilen wie dem Kern, den Wicklungen und den Kühlsystemen ist der Transformator mit verschiedenen Zubehörteilen ausgestattet, die seine Zuverlässigkeit, Sicherheit und Funktionalität erhöhen und den Transformator vor Schäden schützen. Außerdem erleichtern sie die Wartung und gewährleisten den ordnungsgemäßen Betrieb:

• Die elektrische Sicherheit wird durch Isolatoren erhöht, die die elektrischen Leiter vom Transformatorgehäuse trennen und elektrische Kurzschlüsse (Sprünge) verhindern.
• Die zuverlässige Stromübertragung wird durch die Anschlussklemmen gewährleistet, mit denen der Transformator an das Stromnetz angeschlossen wird.
• Zum Schutz vor Überlast ist der Transformator in der Regel mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet. Bei ölgefüllten Transformatoren auch ein Überdruckventil, das im Falle einer Überlast oder eines Kurzschlusses den Transformator vor Schäden schützt, wenn er nicht von anderen Schutzvorrichtungen erfasst wird.
• Mit den Stufenschaltern kann die Ausgangsspannung an die aktuellen Netzbedingungen angepasst werden. Sie halten die Spannung stabil und erhöhen die Effizienz des Geräts.
• Übermäßiger Druck im Inneren des Transformators wird durch ein Ausdehnungsgefäß verhindert, das die durch Temperaturschwankungen verursachten Änderungen des Ölvolumens ausgleicht.
• Probleme wie Ölleckagen oder Überhitzung werden durch Ölstands- und Temperaturanzeigen frühzeitig erkannt.

Nur das ordnungsgemäße Funktionieren dieser Komponenten gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb. Sie helfen, Ausfälle zu vermeiden, verlängern die Lebensdauer der Geräte und sorgen für eine stabile Stromversorgung.

Súvisiace príspevky:

Wann Sie sich für Epoxid und wann für Öltransformatoren entscheiden sollten Transformatorwechsel: Wann ist es sinnvoll, den alten durch einen neuen zu ersetzen? Transformatorleistung: was sie wirklich bedeutet und warum sie wichtig ist