Dreiphasenwechselstrom-Transformator

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Dreiphasenwechselstrom-Transformator bei der Demontage

Ein Dreiphasenwechselstrom-Transformator, Dreiphasentransformator oder Drehstromtransformator fasst die zur Transformation in einem Dreiphasensystem notwendigen drei einzelnen Transformatoren zu einem einzigen zusammen. Typischerweise sind Leistungstransformatoren als Dreiphasentransformator ausgeführt. Der erste Dreiphasentransformator wurde 1890 von Michail Dolivo-Dobrowolski bei der AEG in Berlin gebaut, nachdem er dort zuvor das Dreiphasensystem entwickelt hatte.[1][2][3] Der erste praktische Einsatz von Dreiphasentransformatoren zur elektrischen Übertragung von Energie mit hochtransformiertem Dreiphasenwechselstrom erfolgte im Jahr darauf bei der Drehstromübertragung Lauffen–Frankfurt im Rahmen der Internationalen Elektrotechnischen Ausstellung 1891.

Aufbau[Bearbeiten]

Wicklungsaufbau eines Dreiphasentransformators (Dreischenkelausführung)
Schnittmodell der Wicklungen auf einem Schenkel eines 40-MVA-Leistungstransformators (110 kV auf 10 kV)

Dreiphasentransformatoren sind ähnlich wie einphasige Transformatoren aufgebaut. Im Unterschied zu diesen bestehen Primär- und Sekundärseite jedoch aus jeweils drei getrennten Wicklungen – üblicherweise mit U, V, W für die Oberspannungsseite und u, v, w für die Unterspannungsseite bezeichnet –, die auf einem weichmagnetischen Eisenkern, der üblicherweise einem „geschlossenem E“ ähnelt, untergebracht sind (siehe nebenstehende Skizze). Die drei mit den Spulen bewickelten Teile werden Schenkel genannt, die Verbindungen zwischen den Schenkeln Joche. Die Ober- und Unterspannungswicklung jeder Phase wird dabei üblicherweise auf dem gleichen Schenkel angebracht, getrennt durch entsprechendes Isolationsmaterial. Es gibt aber auch Fünfschenkelkerne (siehe unten).

Geht man zunächst von drei Einphasentransformatoren für jeweils eine Phase aus, so verfügen diese über einen geschlossenen, ringförmigen Kern. Der nicht bewickelte Schenkel, der Rückflussschenkel, dient dazu, den magnetischen Kreis zu schließen. Nun kann man die drei Transformatoren sternförmig am Rückflussschenkel aneinanderfügen, sodass ein gemeinsamer Rückflussschenkel für alle drei Transformatoren entsteht. Bei einem symmetrisch belasteten Dreiphasensystem, d. h. bei gleicher Belastung aller drei Außenleiter, heben sich im gemeinsamen Rückflussschenkel des Eisenkerns die magnetischen Flüsse aufgrund der Phasenverschiebung gegenseitig auf, weshalb der Rückflussschenkel entfallen kann. Somit kann der Kern wie in der Skizze dargestellt als Dreischenkelkern ausgeführt werden. Der symmetrische Fall ist jedoch im Betrieb nicht immer sicherzustellen, man spricht dann auch von einer Schieflast, welche bei einigen Schaltgruppen zu einer unerwünschten Sternpunktverschiebung und einem starken magnetischen Streufluss führt. Zur Vermeidung dieses Zustands werden manche Dreiphasentransformatoren, abhängig von der Schaltgruppe (z. B. Kuppeltransformatoren in der Schaltgruppe „Yy0“) entweder mit einem Fünfschenkelkern mit zwei zusätzlichen äußeren Rückflussschenkeln versehen oder bei Dreischenkelkernausführung mit einer zusätzlichen Tertiärwicklung zur Kompensation ausgeführt.

Wie die in Summe sechs Anschlüsse je Seite eines Dreiphasentransformators miteinander verschaltet werden, wird durch die Schaltgruppe bestimmt. Übliche Verschaltungen sind Stern- und Dreieckschaltung, die im Prinzip auf beiden Seiten beliebig kombiniert werden können. Dadurch ergeben sich zwischen den Außenleiterspannungen der Ober- bzw. Unterspannungsseite unterschiedliche Phasenverschiebungen, welche nicht nur 0° bzw. 180° wie bei einphasigen Transformatoren betragen können. In diesen Fällen wird das Übersetzungsverhältnis durch einen komplexen Faktor ausgedrückt, der zusätzlich die Phasenverschiebung beinhaltet. Aus diesem Grund ist bei Parallelbetrieb von mehreren Dreiphasentransformatoren die Schaltgruppe zu beachten.

Beispiel[Bearbeiten]

Die Schaltgruppe Dyn5 eines Dreiphasenwechselstrom-Transformator bedeutet:

  • D = Oberspannungswicklung in Dreieckschaltung
  • y = Unterspannungswicklung in Sternschaltung
  • n = herausgeführter Sternpunkt (Neutralleiter)
  • 5 = Phasenverschiebung zwischen Ober- und Unterspannung beträgt: 5 * 30° = 150°

Literatur[Bearbeiten]

  •  Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1990, ISBN 3-8085-5002-3.
  •  Gerd Fehmel, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen. 12. Auflage. Vogel Buchverlag, Oldenburg/ Würzburg 2000, ISBN 3-8023-1795-5.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Michael von Dolivo-Dobrowolsky und der Drehstrom, VDE-Webseite.
  2. Gerhard Neidhöfer: Michael von Dolivo-Dobrowolsky und der Drehstrom. Anfänge der modernen Antriebstechnik und Stromversorgung. VDE-Buchreihe Geschichte der Elektrotechnik. Band 9, 2. Auflage. VDE Verlag, Berlin/ Offenbach, ISBN 978-3-8007-3115-2.
  3. Dolivo-Dobrowolski, WEKA Media Lexikon.