Welche Anwendungen haben Transformatoren mit D/Y-Schaltgruppen?

Bei einem Drehstromtransformator ist stets eine Seite der Primär- oder Sekundärwicklung in Dreieckschaltung ausgeführt. Dies dient dazu, das Auftreten von dritten Oberwellen im magnetischen Hauptfluss zu vermeiden, wodurch Wirbelströme und lokale Erwärmung reduziert und die Effizienz und Zuverlässigkeit des Transformators verbessert werden. Um das Prinzip zu verstehen, müssen wir zunächst die Grundlagen von Drehstromtransformatoren erläutern.

1. Es gibt zwei Arten von Drehstromtransformatoren:

Eine ist der Drehstrom-Transformatorensatz (Abbildung 1):

Die andere ist der Drehstrom-Kerntransformator (Abbildung 2):

Ein Drehstrom-Transformatorensatz besteht aus drei Einphasentransformatoren, deren Wicklungen zu einem Drehstromtransformator verbunden sind. Seine Eigenschaft ist, dass die dreiphasigen elektromagnetischen Kreise unabhängig sind und der dritte Oberwellenfluss fließen kann. Große Drehstromtransformatoren verwenden selten diesen Transformatorensatz, daher wird er nicht weiter behandelt.

Große Leistungstransformatoren sind in der Regel Drehstrom-Kerntransformatoren. Ihre Eigenschaft ist, dass die dreiphasigen Magnetkreise miteinander verbunden sind. Für den Magnetkreis eines Dreischenkel-Eisenkerns gibt es keinen direkten Pfad für den dritten Oberwellenfluss. Daher kann der dritte Oberwellenfluss nur über den Streumagnetkreis, wie das Transformatorengehäuse, einen Kreislauf bilden. Das Transformatorengehäuse besteht meist aus Stahlblechen, und das Vorhandensein des dritten Oberwellenflusses führt zu starker Erwärmung.

Der Pfad des dritten Oberwellen-Magnetkreises in einem Drehstrom-Kerntransformator (Abbildung 3)

2. Wellenformen von Spannung (Potenzial), Erregerstrom und magnetischem Fluss bei unterschiedlichen Magnetkreis- und Schaltungsstrukturen.

2.1 Ein sinusförmiger Erregerstrom erzeugt einen abgeflachten magnetischen Fluss (Abbildung 4).

Bei Sättigung des Kerns: Wenn der magnetische Fluss eine abgeflachte Welle ist, ist der Magnetisierungsstrom eine Sinuswelle.

2.2 Ein spitzer Erregerstrom erzeugt einen sinusförmigen magnetischen Fluss (Abbildung 5).

Wellenform des Leerlauf-Erregerstroms.

2.3 Sowohl abgeflachte als auch spitze Wellen können in die Grundwelle und die dritte Oberwelle zerlegt werden (Abbildung 6).

Leerlauf-EMK-Wellenform eines Drehstromtransformators. Bei Sättigung des Magnetkreises sollte der Erregerstrom eine spitze Welle sein, um einen sinusförmigen magnetischen Fluss zu erhalten.

Bei Sättigung des Magnetkreises ist der magnetische Hauptfluss eine abgeflachte Welle, wenn der Erregerstrom eine Sinuswelle ist.

3. Nachdem wir die obigen Grundlagen verstanden haben, fahren wir mit der Analyse fort. Wenn sowohl die Primär- als auch die Sekundärseite in Sternschaltung ausgeführt sind, gibt es keinen Pfad für die dritte Oberwelle des Stroms. Daher kann der Erregerstrom in einer Y/Y-Schaltung nur ein sinusförmiger Strom sein. Dieser sinusförmige Erregerstrom kann nur einen abgeflachten magnetischen Fluss erzeugen, der in einen Grundwellenfluss und einen dritten Oberwellenfluss zerlegt werden kann.

Diese dritten Oberwellenflüsse im magnetischen Hauptfeld sind in Größe und Phase gleich. Sie können sich nicht über den Kern schließen und bilden nur Kreisläufe im Streumagnetkreis, z. B. im Öl, in den Kesselwänden und im Joch, wodurch Wirbelströme entstehen, lokale Erwärmung verursacht und die Effizienz des Transformators verringert wird.

Daher sind große und hochspannungsseitige Drehstromtransformatoren für Y/Y-Schaltungen ungeeignet.

Im Gegensatz dazu wird bei einer Dreieck/Stern- oder Y/Δ-Schaltung ein Kreislaufpfad für die dritte Oberwellenkomponente des Erregerstroms in der Dreieckschaltung auf der Primär- oder Sekundärseite bereitgestellt. Daher ist der Erregerstrom in der dreieckgeschalteten Wicklung eine spitze Welle. Der spitze Strom hält den magnetischen Hauptfluss sinusförmig ohne eine dritte Oberwellenkomponente.

Insbesondere bei einer Y/Δ-Schaltung, obwohl die dritte Oberwelle im primärseitigen Erregerstrom nicht passieren kann, wird in der sekundärseitigen Dreieckschaltung ein dritter Oberwellen-Kreisstrom erzeugt. Dieser Kreisstrom stellt zusammen mit dem sinusförmigen Erregerstrom auf der Primärseite sicher, dass der magnetische Hauptfluss sinusförmig ist, wodurch lokale Erwärmung durch Wirbelströme der dritten Oberwelle vermieden wird.

Zusammenfassend werden die Primär- oder Sekundärwicklungen eines Drehstromtransformators in Dreieckschaltung ausgeführt, um sicherzustellen, dass der magnetische Hauptfluss einer Sinuswelle so nahe wie möglich kommt, wodurch Wirbelströme und Erwärmungsprobleme durch dritte Oberwellen vermieden und die Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit des Transformators verbessert werden.