Drehstromtransformatoren funktionieren auf dieselbe Weise wie einphasige Transformatoren. Das Wirkprinzip ist analog. Hier gibt es jedoch mindestens drei Zuleiter, an denen Wechselspannungen anliegen, die jeweils um 120° gegeneinander phasenverschoben sind. Die Wicklungen eines solchen Transformators sind auf drei Schenkeln des Kerns aufgebracht.
Bei üblichen Kernen erzeugt die auf dem mittleren Schenkel aufgebrachte Wicklung einen Fluss, dessen Schließungsweg sich von dem der übrigen unterscheidet, was bei der Auslegung berücksichtigt werden muss.
Die nachstehende Abbildung zeigt in vereinfachter Form den Aufbau eines Drehstromtransformators.
Die Spannungen Uf1 … Uf3 sind die Phasenspannungen der Primärseite, während uf1…uf2 die Phasenspannungen der Sekundärseite sind. In der Praxis werden auf der Primär- und der Sekundärseite drei oder vier Leiter herausgeführt (vier Leiter sind es dann, wenn zusätzlich der sogenannte Sternpunkt herausgeführt wird). Daraus folgt, dass die Wicklungen vor den Anschlüssen zusammengeschaltet werden.
Es gibt zahlreiche Schaltungsarten. Die drei grundlegenden zeigt die Abbildung.
Die Zickzackschaltung erfordert die Aufteilung der Wicklungsspulen in zwei Teile.
Vereinbarungsgemäß werden die Schaltungsarten durch Buchstabensymbole angegeben:
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Schaltungsart
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Primärwicklungen
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Sekundärwicklungen
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Stern
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Y
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y
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Dreieck
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D
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d
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Zickzack
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Z
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z
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Die Wicklungen auf der Primär- und der Sekundärseite können auf dieselbe Weise geschaltet werden, also: Yy, Dd, Zz, oder in gemischter Form Yd, Dy, Yz, Dz. Dies wirkt sich selbstverständlich auf die Eigenschaften des Transformators aus. Einer der Gründe für die Bildung von Spannungskombinationen ist die geeignete Magnetisierung des Kerns für unterschiedliche Anwendungen, was bei unsymmetrischer Belastung der Sekundärseite von wesentlicher Bedeutung ist. Die Schaltungsarten beeinflussen ebenfalls das Spannungsübersetzungsverhältnis sowie die Winkelverschiebung der Zeiger der Ausgangsspannungen gegenüber den Eingangsspannungen. Sofern die Primär- und die Sekundärseite auf dieselbe Weise geschaltet sind, treten keine Phasenverschiebungen auf, und das Windungsübersetzungsverhältnis des Transformators entspricht dem Spannungsübersetzungsverhältnis. Beispiel:
Yy – n =N1 / N2 = U1R/ U2R
Sind die Schaltungen jedoch gemischt, so unterscheiden sich das Windungs- und das Spannungsübersetzungsverhältnis.
Dy – n =N1 / N2 = √3 U1R/ U2R
Yd – n =N1 / N2 = U1R/ √3U2R
Yz – n =N1 / N2 = √3 U1R/ 2U2R
Neben der Änderung des Spannungsübersetzungsverhältnisses tritt bei gemischten Schaltungen eine Phasenverschiebung zwischen den Speisespannungen der Primärseite und den Spannungen der Sekundärseite auf. Man spricht dann von der sogenannten Schaltgruppenkennzahl (Stundenverschiebung). Ist beispielsweise die Spannung der Sekundärseite um einen Winkel von 150◦ in der Phase verschoben, was der Verschiebung des Uhrzeigers von zwölf Uhr auf fünf Uhr entspricht, so sagt man, dass die Kennzahl 5 beträgt.
Eine häufig anzutreffende Schaltgruppe ist z. B. Dy11. Dies bedeutet, dass die Wicklungen der Primärseite in Dreieck geschaltet sind, der Transformator also aus einem Dreileiternetz gespeist werden kann, während die Sekundärseite in Stern geschaltet ist, was es erlaubt, neben den drei Stromklemmen eine vierte, für die Wicklungen gemeinsame Klemme, den sogenannten Sternpunkt, herauszuführen. Die Spannungen der Sekundärseite eilen den Spannungen der Primärseite um einen Winkel von 330° nach, oder man kann auch sagen, dass sie den Spannungen der Primärseite um einen Winkel von -30° voreilen.
Dipl.-Ing. Krzysztof Majewski
Leiter der Vertriebsabteilung
Breve-Tufvassons
