Was ist ein Einphasentransformator?
Einphasentransformatoren sind Transformatoren mit einer einphasigen Primär- oder Sekundärwicklung.
Sie werden hauptsächlich für die Umwandlung von einphasigem Wechselstrom verwendet. Ein Einphasentransformator besteht aus einer Eingangswicklung und einer oder mehreren Ausgangswicklungen. Einphasentransformatoren haben einen relativ einfachen Aufbau.
Aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung besteht, lassen sie sich leicht herstellen und warten. Daher sind sie zu relativ niedrigen Kosten erhältlich.
Darüber hinaus sind sie in der Regel klein und kompakt gebaut. Dadurch eignen sie sich für beengte Platzverhältnisse und mobile Geräte. Da sie leichter als Drehstromtransformatoren sind, lassen sie sich einfacher handhaben und installieren.
Anwendungen von Einphasentransformatoren
Einphasentransformatoren werden hauptsächlich in Gewerbe- und Industrieanlagen eingesetzt und sind für die Energieverteilung und -steuerung weit verbreitet. Ihr Hauptzweck ist die Umwandlung von Strom von höheren Spannungen für die Übertragung auf niedrigere Arbeitsspannungen.
Über die Übertragungs- und Verteilungsleitungen in den Stromnetzen wird der Strom mit hohen Spannungen von 6,6 kV AC und mehr verteilt. Der Grund dafür ist, dass höhere Spannungen seltener zu Spannungsabfällen und anderen Verlusten führen, was für die Übertragungs- und Verteilungsunternehmen günstiger ist. Die meisten gängigen Haushaltsgeräte werden jedoch mit 100 V AC oder 200 V AC betrieben und können bei diesen Spannungen nicht verwendet werden.
Daher wird die Spannung mit Hilfe eines Einphasentransformators oder ähnlichem reduziert. Die Stromübertragungs- und -verteilungsnetze werden in der Regel dreiphasig ausgelegt, um den erforderlichen Kupferdrahtverbrauch zu minimieren; es kann aber auch eine der drei Phasen genutzt und der Strom einphasig verteilt werden.
Einphasentransformatoren werden manchmal auch in Schienenfahrzeugen eingesetzt. Sie wandeln Hochspannungs-Wechselstrom um und dienen als Stromquelle für die Beleuchtung und Klimatisierung in Zügen, U-Bahnen und Straßenbahnen.
Funktionsweise von Einphasentransformatoren
Das Prinzip von Einphasentransformatoren beruht auf den Gesetzen der elektromagnetischen Induktion. Ein Einphasentransformator besteht aus einem magnetischen Kreis, der aus einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung besteht. Der Primärwicklung wird eine Eingangsspannung zugeführt, und an der Sekundärwicklung wird eine Ausgangsspannung abgegriffen.
Die in die Primärwicklung eingespeiste Wechselspannung erzeugt aufgrund des in der Sekundärwicklung des Transformators fließenden Stroms ein Magnetfeld. Das erzeugte Magnetfeld wird über den Eisenkern (Magnetkreis) auf die Sekundärwicklungen übertragen. Der Eisenkern wirkt als Flussweg und minimiert den Streufluss.
Die Sekundärwicklung erzeugt eine Spannung, die durch das Magnetfeld der Primärwicklung induziert wird. Je nach Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung wird eine von der Eingangsspannung abweichende Ausgangsspannung erzeugt. Die Ausgangsspannung kann auch durch Änderung der Anzapfposition der Wicklung eingestellt werden.
Das Übersetzungsverhältnis wird durch das Verhältnis zwischen der Anzahl der Windungen in der Primärwicklung und der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung bestimmt. Das Übersetzungsverhältnis wird als Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung ausgedrückt: Ein Abwärtstransformator mit mehr Windungen der Sekundärwicklung ist ein Abwärtstransformator, während ein Aufwärtstransformator mit mehr Windungen der Primärwicklung ein Aufwärtstransformator ist.
Arten von Einphasentransformatoren
Einphasentransformatoren werden grob in zwei Bauarten eingeteilt: Einphasentransformatoren mit doppelter Wicklung und Einphasentransformatoren mit einer Wicklung.
1. Einphasentransformatoren mit doppelter Wicklung
Ein Einphasentransformator mit doppelter Wicklung ist ein Transformator, bei dem die Primär- und die Sekundärwicklung als getrennte Wicklungen physikalisch isoliert sind. Die Primärwicklung wird mit der Eingangsspannung versorgt und die Ausgangsspannung wird von der Sekundärwicklung abgenommen. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind durch Isoliermaterial und einen Eisenkern zur Aufrechterhaltung der Isolierung isoliert.
2. Einphasentransformatoren mit einer Wicklung
Einphasentransformatoren mit einer Wicklung sind Transformatoren, bei denen eine Wicklung sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite verwendet wird. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind dieselbe Wicklung, da die Eingangs- und Ausgangsspannungen gemeinsam genutzt werden. Sie können kompakter und leichter gebaut werden als Einphasen-Doppelwicklungs-Transformatoren, eignen sich aber möglicherweise nicht, wenn eine Isolierung erforderlich ist.
Einphasentransformatoren mit einfacher Wicklung sind in der Regel in Bezug auf Material und Herstellungskosten günstiger als Einphasentransformatoren mit doppelter Wicklung, sodass Einphasentransformatoren mit einfacher Wicklung geeignet sind, wenn die Kosten niedrig gehalten werden sollen.
Sie können kompakt gebaut werden und eignen sich daher für beengte Platzverhältnisse, z. B. über Brückenkränen, und für tragbare Produkte. Aufgrund der Isolationseigenschaften von Einphasen-Doppelwicklungs-Transformatoren sind sie derzeit weit verbreitet.
Auswahl eines geeigneten Einphasentransformators
Bei der Auswahl eines Einphasentransformators sollten die Spannungs-, Kapazitäts- und Lastmerkmale berücksichtigt werden.
1. Spannung
Prüfen Sie die erforderliche Eingangs- und Ausgangsspannung. Transformatoren werden verwendet, um die Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, daher müssen Sie einen Transformator auswählen, der Ihren Anforderungen entspricht.
2. Kapazität
Bei der Auswahl eines Transformators muss auch die erforderliche Leistungskapazität berücksichtigt werden. Die Leistungskapazität gibt die maximale Leistung an, die ein Transformator liefern kann, und sollte so gewählt werden, dass er ausreichend Leistung für die Last bereitstellen kann.
3. Lastmerkmale
Auch die Eigenschaften der anzuschließenden Lasten sind zu berücksichtigen. Je nach Art der Last und den Betriebsbedingungen muss ein geeigneter Transformator ausgewählt werden. Beim Anschluss von Lasten wie z. B. Motoren ist es wichtig, die geeignete Transformatorleistung unter Berücksichtigung der Lastcharakteristik beim Anfahren zu wählen.