Was sind die wichtigsten Parameter des Transformators?

Für verschiedene Transformatorentypen gelten entsprechende technische Anforderungen, die sich durch entsprechende technische Parameter ausdrücken lassen. Zu den wichtigsten technischen Parametern eines Leistungstransformators zählen beispielsweise: Nennleistung, Nennspannung und Nennübersetzungsverhältnis, Nennfrequenz, Betriebstemperaturklasse, Temperaturanstieg, Spannungsregelungsrate, Isolationsleistung und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Bei Niederfrequenztransformatoren sind die wichtigsten technischen Parameter: Übersetzungsverhältnis, Frequenzgang, nichtlineare Verzerrung, magnetische und elektrostatische Abschirmung, Wirkungsgrad usw.

Zu den wichtigsten Parametern eines Transformators gehören das Spannungsverhältnis, die Frequenzcharakteristik, die Nennleistung und der Wirkungsgrad.

(1)Spannungsverhältnis

Der Zusammenhang zwischen dem Übersetzungsverhältnis n des Transformators und der Windungszahl sowie der Spannung der Primär- und Sekundärwicklung ist wie folgt: n = V₁/V₂ = N₁/N₂, wobei N₁ die Primärwicklung, N₂ die Sekundärwicklung, V₁ die Spannung an beiden Enden der Primärwicklung und V₂ die Spannung an beiden Enden der Sekundärwicklung ist. Das Übersetzungsverhältnis n eines Aufwärtstransformators ist kleiner als 1, das eines Abwärtstransformators größer als 1 und das eines Trenntransformators gleich 1.

(2)Die Nennleistung P ist ein Parameter, der üblicherweise bei Leistungstransformatoren verwendet wird. Sie bezeichnet die Ausgangsleistung, die der Transformator über einen längeren Zeitraum bei spezifizierter Betriebsfrequenz und -spannung ohne Überschreiten der vorgegebenen Temperatur erreichen kann. Die Nennleistung eines Transformators hängt unter anderem von der Querschnittsfläche des Eisenkerns und dem Durchmesser des Lackdrahts ab. Ein Transformator mit großer Eisenkernquerschnittsfläche und großem Lackdrahtdurchmesser zeichnet sich durch eine hohe Ausgangsleistung aus.

(3)Die Frequenzkennlinie beschreibt den Betriebsfrequenzbereich eines Transformators. Transformatoren mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzbereichen sind nicht austauschbar. Wird der Transformator außerhalb seines Frequenzbereichs betrieben, steigt die Temperatur oder der Transformator arbeitet nicht mehr ordnungsgemäß.

(4)Der Wirkungsgrad eines Transformators beschreibt das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung bei Nennlast. Er ist proportional zur Ausgangsleistung: Je höher die Ausgangsleistung, desto höher der Wirkungsgrad; je niedriger die Ausgangsleistung, desto geringer der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad eines Transformators liegt üblicherweise zwischen 60 % und 100 %.

Bei Nennleistung wird das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung des Transformators als Transformatorwirkungsgrad bezeichnet, nämlich

η= x100%

Woη Ist der Wirkungsgrad des Transformators; P1 ist die Eingangsleistung und P2 ist die Ausgangsleistung.

Wenn die Ausgangsleistung P2 des Transformators gleich der Eingangsleistung P1 ist, beträgt der Wirkungsgradη Bei einem Wirkungsgrad von 100 % würde der Transformator keine Verluste erzeugen. In der Realität gibt es jedoch keinen solchen Transformator. Bei der Übertragung elektrischer Energie entstehen durch den Transformator stets Verluste, hauptsächlich Kupfer- und Eisenverluste.

Kupferverluste bezeichnen die Verluste, die durch den Spulenwiderstand eines Transformators entstehen. Wenn Strom durch den Spulenwiderstand fließt und sich erwärmt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt und geht verloren. Da die Spule üblicherweise aus isoliertem Kupferdraht gewickelt ist, spricht man von Kupferverlusten.

Die Eisenverluste eines Transformators lassen sich in zwei Aspekte unterteilen. Zum einen in Hystereseverluste. Beim Durchfließen des Wechselstroms durch den Transformator ändern sich Richtung und Stärke der Magnetfeldlinien im Siliziumstahlblech. Dadurch reiben die Moleküle im Siliziumstahlblech aneinander und setzen Wärmeenergie frei. Dies führt zu einem Teilverlust der elektrischen Energie – den sogenannten Hystereseverlusten. Zum anderen treten Wirbelstromverluste auf, wenn der Transformator arbeitet. Durch den Eisenkern verläuft eine Magnetfeldlinie, die senkrecht zu dieser Feldlinie einen induzierten Strom erzeugt. Da dieser Strom einen geschlossenen Kreis bildet und spiralförmig zirkuliert, spricht man von Wirbelstrom. Dieser Wirbelstrom erhitzt den Eisenkern und führt zu Energieverlusten – den sogenannten Wirbelstromverlusten.

Der Wirkungsgrad eines Transformators hängt eng mit seiner Leistung zusammen. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Leistung, desto geringer die Verluste und die Ausgangsleistung und desto höher der Wirkungsgrad. Umgekehrt gilt: Je niedriger die Leistung, desto geringer der Wirkungsgrad.