Spartransformator Definition
Der Spartransformator hat eine einzelne Wicklung auf einem Eisenkern. Einer der Spulenanschlüsse ist sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang gemeinsam, und der andere Ausgang ist beweglich, so dass er mit jeder Drehung der Wicklung in Kontakt treten kann.
Aufwärts-/ Abwärts-Spartransformator
Ein Spartransformator kann als Aufwärts- oder Abwärtstransformator verwendet werden. Als Step-Up wird es oft als Boost bezeichnet, und als Step-Down wird es als Buck-Verbindung bezeichnet. Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung der Buck-Verbindung, während Abbildung 2 die Boost-Verbindung zeigt.
Funktionsprinzip des Spartransformators
Der Spartransformator hat eine ähnliche Funktion wie der gewöhnliche Transformator, um die Spannung anzuheben oder zu senken. Es besteht aus einer einzigen kontinuierlichen Wicklung mit einem Abgriff, der an einem Zwischenpunkt herausgeführt ist, wie in Fig.1. Da die Primär- und Sekundärwicklungen des Spartransformators physikalisch verbunden sind, sind Versorgungs- und Ausgangsspannung nicht voneinander isoliert.
Abb.1: Spartransformatordiagramm
Wenn eine Spannung V1 an die Primärspannung des Spartransformators angelegt wird, beziehen sich die induzierten Spannungen auf
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Spannungsabfälle in den Wicklungen vernachlässigen
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Wenn eine Last an die Sekundärseite des Spartransformators angeschlossen ist, fließt ein Strom I2 in der in Fig.1. Nach Kirchhoffs geltendem Recht,
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Wie beim gewöhnlichen Transformator gleichen sich die primären und sekundären Amperewindungen gegenseitig aus, mit Ausnahme des kleinen Stroms, der für die Kernmagnetisierung erforderlich ist:
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Gleichung 4 kann auch geschrieben werden als
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Setzt man Gleichung (5) in Gleichung (3) ein, so ergibt sich das Verhältnis des Wicklungsstroms zu
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In einem Spartransformator durchläuft die von der Primär- zur Sekundärwicklung übertragene Gesamtleistung nicht die gesamte Wicklung. Dies bedeutet, dass eine größere Menge an Leistung übertragen werden kann, ohne die Nennstromstärke der Wicklungen des Transformators zu überschreiten.
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In ähnlicher Weise ist die Ausgangsscheinleistung gegeben durch
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Die Scheinleistung in den Transformatorwicklungen beträgt jedoch
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Diese Leistung ist die Komponente der Leistung, die durch Transformatorwirkung oder durch elektromagnetische Induktion übertragen wird.
Die Differenz (S2 -Sw) zwischen der ausgegebenen Scheinleistung und der Scheinleistung in den Wicklungen ist die Komponente der durch elektrische Leitung übertragenen Leistung. Dies ist gleichbedeutend mit
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Vorteile eines Spartransformators
Beachten Sie, dass bei einem großen Windungsverhältnis des Transformators die Nennleistung eines Spartransformators viel größer ist als die Nennleistung eines herkömmlichen Transformators. In einem herkömmlichen Transformator wird die gesamte Leistung umgewandelt, während in einem Spartransformator der größte Teil der Leistung auf einem erhöhten Potential geleitet wird. Infolgedessen ist ein Spartransformator viel kleiner als ein herkömmlicher Transformator der gleichen Bewertung.
Weitere Vorteile eines Spartransformators gegenüber einem Zweiwicklungstransformator sind:
- Billiger
- Effizienter, weil die Verluste gleich bleiben, während die Bewertung im Vergleich zu einem herkömmlichen Transformator steigt
- Geringerer Erregerstrom
- Bessere Spannungsregelung
Nachteile eines Spartransformators
Einige der Nachteile eines Spartransformators spartransformator sind:
- Größere kurzschluss strom
- Keine isolation existiert zwischen die primäre und sekundäre wicklungen
- Nur nützlich für mäßig kleinere spannung änderungen
Anwendungen von Spartransformator
Praktische anwendungen von spartransformatoren umfassen:
- Sie werden im Allgemeinen verwendet, um Übertragungsleitungen mit geringfügig unterschiedlichen Spannungen ( z., 115 kV und 138 kV oder 138 kV und 161 kV)
- Sie werden eingesetzt, um Spannungsabfälle an langen Speisekreisen auszugleichen, bei denen es wichtig ist, dass jedes Lastgerät die gleiche Spannung erhält (z. B. an Flugplatzbeleuchtungskreisen, um eine gleichmäßige Lampenintensität zu gewährleisten)
- Sie bieten eine variable Spannungsregelung im Laboraufbau: Wenn wir den Schleifkontakt bewegen, kann praktisch die gesamte Spule zur Serienspule werden. Daher muss die gesamte Spule für maximalen Strom ausgelegt sein.
- Sie werden verwendet, um die Transformatorausgangsspannung einzustellen, um die Systemspannung bei variierender Last konstant zu halten.
Spartransformatorbeispiel
Ein einphasiger, 10 kVA, 440/110 V, Zweiwicklungstransformator wird als Spartransformator angeschlossen, um eine Last mit 550 V von einer 440 V-Versorgung zu versorgen, wie unten gezeigt. Berechnen Sie Folgendes.
- kVA-Nennleistung als Spartransformator
- Scheinleistung durch Leitung übertragen
- Scheinleistung durch elektromagnetische Induktion übertragen
Lösung
Der einphasige Transformator mit zwei Wicklungen wird als Spartransformator wieder angeschlossen, wie in Abb.2. Die Stromwerte der Wicklungen sind gegeben durch
Abb.2: Spartransformator Beispiel
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Bei voller oder Nennlast sind die Primär- und Sekundäranschlussströme
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Daher ist die kVA-Bewertung des Spartransformators
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Beachten Sie, dass dieser Transformator, dessen Nennleistung als gewöhnlicher Zweiwicklungstransformator nur 10 kVA beträgt, 50 kVA als Spartransformator verarbeiten kann. Allerdings werden nicht alle 50 kVA durch elektromagnetische Induktion umgewandelt. Ein großer Teil wird lediglich elektrisch leitend übertragen.
Die durch Induktion transformierte Scheinleistung beträgt
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Die durch Leitung transformierte Scheinleistung beträgt
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