Ein klassischer Spannungswandler (VT) ist ein Gerät, das einen Wert in einen anderen umwandelt. Der Vorgang geht mit einem teilweisen Leistungsverlust einher, ist jedoch in Situationen gerechtfertigt, in denen die Parameter des Eingangssignals geändert werden müssen. Bei der Konstruktion eines solchen Transformators sind Wicklungselemente vorgesehen, mit deren korrekter Berechnung es möglich ist, die erforderliche Ausgangsspannung zu erhalten.
Zweck und Funktionsprinzip
Der Hauptzweck von Spannungswandlern besteht darin, das Eingangssignal auf den von den Aufgaben des Benutzers vorgegebenen Pegel umzuwandeln - wenn das Betriebspotential reduziert oder erhöht werden soll. Dies kann durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion erreicht werden, das von den Wissenschaftlern Faraday und Maxwell als Gesetz formuliert wurde. Ihm zufolge wird in jeder Schleife, die sich in der Nähe einer anderen ähnlichen Windung des Drahtes befindet, eine EMF mit einem Strom induziert, der proportional zum Fluss der magnetischen Induktion ist, der sie durchdringt. Die Größe dieser Induktion in der Sekundärwicklung des Transformators (bestehend aus vielen solcher Windungen) hängt vom Strom im Primärkreis und von der Anzahl der Windungen in beiden Spulen ab.
Der Strom in der Sekundärwicklung des Transformators und die Spannung an der daran angeschlossenen Last werden nur durch das Verhältnis der Windungszahlen beider Spulen bestimmt. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion ermöglicht es Ihnen, die Parameter eines Geräts, das Leistung vom Eingang zum Ausgang mit dem gewünschten Verhältnis von Strom und Spannung überträgt, korrekt zu berechnen.
Was ist der Unterschied zwischen einem Stromwandler und einem Spannungswandler?
Ihre Unterschiede im Design sind wie folgt:
- als Primärwicklung in Stromwandlern wird der Stromversorgungsbus verwendet, auf dem er montiert ist;
- die Parameter der Sekundärwicklung sind für den Anschluss an ein Messgerät (z. B. einen Stromzähler in einem Haus) ausgelegt;
- Im Vergleich zu VT ist der Stromwandler kompakter und hat einen vereinfachten Schaltkreis.
Strom- und Spannungswandler erfüllen unterschiedliche Anforderungen an die Genauigkeit der umgerechneten Werte. Wenn dieser Indikator für ein Messgerät sehr wichtig ist, ist er für einen Spannungswandler von untergeordneter Bedeutung.
Klassifizierung von Spannungswandlern
- Leistungstransformatoren mit und ohne Erdung;
- Messgeräte;
- Spartransformatoren;
- spezielle passende Geräte;
- Trenn- und Spitzentransformatoren.
Die erste dieser Varianten dient dazu, dem Verbraucher eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in einer für ihn akzeptablen Form (mit der erforderlichen Amplitude) zur Verfügung zu stellen. Der Kern ihrer Wirkung besteht darin, eine Potenzialebene in eine andere umzuwandeln, um sie anschließend auf die Last zu übertragen.Dreiphasige Geräte, die beispielsweise an einem Umspannwerk installiert sind, ermöglichen die Reduzierung von Hochspannungen von 6,3 und 10 kV auf einen Haushaltswert von 0,4 kV.
Spartransformatoren sind die einfachsten induktiven Designs, die eine Wicklung mit Anzapfungen haben, um die Ausgangsspannung einzustellen. Passende Produkte werden in Schwachstromkreisen eingebaut, um die Leistungsübertragung von einer Stufe zur anderen mit minimalen Verlusten (mit maximalem Wirkungsgrad) zu gewährleisten. Mit Hilfe sogenannter "Trenntransformatoren" ist es möglich, die galvanische Trennung von Stromkreisen mit Hoch- und Niederspannung zu organisieren. Somit ist der Schutz des Haus- oder Gartenhausbesitzers vor einem hochpotenten Stromschlag gewährleistet. Darüber hinaus ermöglicht Ihnen dieser Wandlertyp:
- Strom in der gewünschten und sicheren Form von der Quelle zum Verbraucher übertragen;
- schützen Sie Lastkreise mit darin enthaltenen empfindlichen Geräten vor elektromagnetischen Störungen;
- blockieren den Eintritt einer Konstantstromkomponente in die Arbeitskreise.
Spitzentransformatoren sind eine andere Art von Geräten, die elektrische Energie umwandeln. Sie dienen dazu, die Polarität von Pulssignalen zu bestimmen und mit den Ausgangsparametern abzugleichen. Diese Art von Wandlern wird in Signalkreisen von Computersystemen und Funkkommunikationskanälen installiert.
Instrumentenspannungs- und Stromwandler
Spezielle Messwandler sind eine spezielle Art von Wandlern, die es ermöglichen, Überwachungsgeräte in Stromkreise einzubinden. Ihr Hauptzweck besteht darin, Strom oder Spannung in einen Wert umzuwandeln, der für die Messung von Netzparametern geeignet ist. Die Notwendigkeit dazu ergibt sich in folgenden Situationen:
- beim Ablesen mit Stromzählern;
- wenn Spannungs- und Stromschutzrelais in Stromversorgungskreisen eingebaut sind;
- wenn sich andere Automatisierungsgeräte darin befinden.
Die Lehren werden nach Bauform, Einbauart, Übersetzungsverhältnis und Stufenzahl klassifiziert. Nach dem ersten Merkmal sind sie eingebaut, durch Durchgang und Halterung und am Ort - außen oder zum Einbau in geschlossene Schaltzellen vorgesehen. Nach der Anzahl der Umwandlungsschritte werden sie in einstufig und kaskadiert und nach dem Umwandlungsverhältnis in Produkte mit einem oder mehreren Werten unterteilt.
Merkmale des VT-Betriebs in Netzen mit isoliertem und geerdetem Nullpunkt
Durch eine lineare Erhöhung der Phasenspannung und das anschließende Auftreten eines Wechsellichtbogens sind Schäden an elektrischen Betriebsmitteln möglich. Unabhängig von Ursache und Wirkungsweise ist dies die gefährlichste Kurzschlussart mit großem Überspannungsfaktor. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Ferroresonanz im Netzwerk hoch.
Der Ferroresonanzkreis in Stromnetzen mit isoliertem Neutralleiter ist eine Nullkette mit nichtlinearer Magnetisierung. Ein dreiphasiger, ungeerdeter VT besteht im Wesentlichen aus drei einphasigen Transformatoren, die sternförmig geschaltet sind. Bei Überspannung in den Zonen, in denen es installiert ist, erhöht sich die Induktion in seinem Kern um etwa das 1,73-fache, was das Auftreten von Ferroresonanz verursacht.
Um sich vor diesem Phänomen zu schützen, wurden spezielle Methoden entwickelt:
- Herstellung von VTs und TTs mit geringer Selbstinduktion;
- die Aufnahme zusätzlicher Dämpferelemente in ihren Kreislauf;
- Herstellung von 3-Phasen-Transformatoren mit einem einzigen Magnetsystem in 5-Stab-Bauweise;
- Erdung des Neutralleiters durch eine strombegrenzende Drossel;
- Verwendung von Kompensationswicklungen usw .;
- die Verwendung von Relaisschaltungen, die die VT-Wicklungen vor Überströmen schützen.
Diese Maßnahmen schützen die messenden Spannungswandler, lösen aber das Sicherheitsproblem nicht vollständig. Geerdete Geräte, die in Netzen mit isoliertem Neutralleiter installiert sind, können dabei helfen.
Der Betrieb von Niederspannungstransformatoren in Betriebsarten mit geerdetem Neutralleiter zeichnet sich durch erhöhte Sicherheit und eine deutliche Reduzierung von Ferroresonanzphänomenen aus. Darüber hinaus erhöht ihre Verwendung die Empfindlichkeit und Selektivität des Schutzes in einem einphasigen Stromkreis. Dieser Anstieg wird dadurch möglich, dass die induktive Wicklung des Transformators in den Erdkreis eingebunden ist und den Strom durch die darin eingebaute Schutzeinrichtung kurzzeitig erhöht.
Die PUE begründet die Zulässigkeit einer kurzzeitigen Erdung des Neutralleiters mit einer kleinen Induktivität der VT-Wicklung. Dazu wird im Netz eine Automatisierung verwendet, die mit Powerkontakten beim Auftreten einer OZ nach 0,5 Sekunden den Transformator kurzzeitig mit den Sammelschienen verbindet. Durch die Wirkung eines fest geerdeten Neutralleiters beginnt bei einem einphasigen Erdschluss ein durch die Induktivität des Wandlers begrenzter Strom im Schutzkreis zu fließen. Gleichzeitig reicht sein Wert aus, um den Schutz gegen OZ auszulösen und Bedingungen zum Löschen einer gefährlichen Lichtbogenentladung zu schaffen.
