A
SI-Basiseinheit der elektrischen Stromstärke
Einheit: Ampère, definiert als 1A = 1W/1V = 1C/1s
Formelzeichen: I
Benannt nach dem französischen Physiker und Mathematiker André-Marie Ampère (1775 – 1836).
Es ist auch die Einheit der magnetischen Durchflutung (magnetische Spannung).
Transformator Anzapfungen beziehen sich auf die Wicklungen von Transformatoren, bei denen Teilmengen der Gesamtwindungszahl „angezapft“ werden können.
An Eingangswicklungen: siehe mehrere Eingangsspannungen und Eingangsspannungsbereich.
Bei Ausgangswicklungen, sofern nicht anders vereinbart und beschriftet, sind alle Anzapfungen maximal mit dem Laststrom der höchsten Spannungsstufe belastbar. Die Anzapfungen dürfen nur alternativ belastet werden, es sei denn, es ist anders vereinbart.
Die Bemessungs-Ausgangsspannung ist die Spannung, für die der Trafo dimensioniert und gefertigt wurde. Diese stellt sich ein, wenn der Transformator an die Bemessungs-Eingangsspannung mit der Bemessungsfrequenz angeschlossen und mit dem Bemessungs-Ausgangsstrom sowie dem Bemessungs-Leistungsfaktor belastet wird.
Bei Mehrphasen-Systemen ist dabei die sog. „verkettete“ Spannung zwischen den Außenleitern benannt.
Anmerkung:
Die Leerlauf-Ausgangsspannung des unbelasteten oder nur teilbelasteten Transformators ist stets höher als die Bemessungs-Ausgangsspannung.
Siehe auch: Ausgangsspannungs-Toleranzen
Bei Bemessungsbelastung darf nach EN61558-1 die Ausgangsspannung von ihrem Bemessungswert maximal 5% abweichen, 10% an unbedingt kurzschlussfesten Trafos, diese sind i.d.R. < 2VA, zzgl. weitere 5% an Transformatoren mit Gleichrichtern. Für weitergehende Informationen - beispielsweise bzgl. von Transformatoren mit mehreren Ausgangswicklungen - siehe EN611558-1 (2019-12).
Hinweis:
Die Bemessungswerte, auf die sich die Ausgangsspannungs-Toleranz und die Leerlaufabweichung beziehen, gelten für die Umgebungstemperatur ta, für die der Transformator bemessen ist.
Bemessungs-Ausgangsstrom bezeichnet den Strom in der Ausgangswicklung bei Bemessungs-Eingangsspannung und Bemessungsfrequenz, für die der Transformator dimensioniert und gefertigt wurde. Bei Belastung mit der Bemessungs-Lastimpedanz stellt sich dieser Strom ein.
Anmerkung 1:
Für die thermische Dimensionierung von Transformatoren ist stets der Effektivwert des Ausgangs-Wechselstromes zu betrachten. Alle uns übermittelten elektrischen Größen verstehen wir als sinusförmige Effektivwerte, sofern sie nicht ausdrücklich anders beschrieben sind.
Anmerkung 2:
Der Bemessungs-Ausgangsstrom wird stets – sofern nicht anders bestellt – als Dauerbetrieb angenommen.
Anmerkung 3:
Elektroniker geben uns gern die DC-Werte hinter einem Eingangsgleichrichter an. Gern berechnen wir für Sie die zugehörenden AC-Werte, benötigen dann aber zusätzlich die Angaben zur Gleichrichterschaltung und Glättung. Nicht sinnvoll ist die gemischte Angabe von AC-Spannung und DC-Strom.
B
Die Bemessungsleistung ist das Produkt aus Bemessungs-Ausgangsspannung und Bemessungs-Ausgangsstrom.
Bei Dreiphasensystemen ist die Bemessungsleistung das Produkt aus √3 x Bemessungs-Ausgangsspannung x Bemessungs-Ausgangsstrom (wobei die Spannung die verkettete Spannung ist).
Wenn der Transformator mehr als eine gleichzeitig belastete Ausgangswicklung hat, so ist die Bemessungsleistung die Summe der o.g. Produkte.
Wird immer nur eine der vorhandenen von mehreren Ausgangswicklungen belastet, so ist die Bemessungsleistung das Produkt mit dem größten Wert. Gleiches gilt für Anzapfungen. Bei Dreiphasensystemen wird wieder analog gerechnet.
Vergleiche: Typenleistung / Kernleistung
Vergleiche: Durchgangsleistung
In der Betriebsart Dauerbetrieb (DB) wird ein Transformator zeitlich unbegrenzt betrieben.
In der Betriebsart Kurzzeitbetrieb (KB) wird ein (kalter) Transformator eine gewisse Zeit betrieben, nach der er sich vor dem nächsten Zyklus wieder auf Umgebungstemperatur abkühlt.
In der Betriebsart Aussetzbetrieb (AB) wird ein Transformator in einer Reihe von festgelegten identischen Zyklen betrieben.
In der Praxis ist es sinnvoll, dass der Anwender seine (unterschiedlichen) Belastungen und die jeweiligen darauf folgenden Pausen für den „worst-case-Fall“ in Minuten oder Stunden angibt. Eine Angabe des KB oder AB in Prozent ist häufig missverständlich.
BREMER-Transformatoren werden, falls nicht anders angegeben, immer für einen jahrelangen Dauerbetrieb dimensioniert.
Bei der BREMER Transformatoren GmbH benennen wir unsere Netzfrequenz-Typenreihen nach den verwendeten genormten Kernblechen, in Übereinstimmung mit den Traditionen unserer Branche. Die Kernbleche werden beispielsweise als EI, UI oder 3UI bezeichnet, was sich aus ihrer äußeren Form ableitet.
Einphasige Transformatoren bis ca. 650VA sind in verschiedenen EI-Typenreihen erhältlich.
Einphasige Transformatoren von 150VA bis ca. 20kVA finden sich in den UI-Typenreihen.
Einphasige Transformatoren über 20 bis ca. 100kVA werden als ETN-Typenreihen bezeichnet, und ihre Kerne basieren auf einer hausinternen Norm.
Dreiphasige Transformatoren von 60VA bis ca. 25kVA nennen sich 3UI-Typenreihen.
Dreiphasige Transformatoren über 25 bis max 180kVA sind die DTN-Typenreihen, auch diese Kerne entspringen einer eigenen Hausnorm.
Netzfrequenz-Leiterplatten-Transformatoren sind EE- und EI-Typen (EE20 … EI66).
Die sogenannten Leiterplatten-Flachtransformatoren heißen UI30 und UI39, als dreiphasig 3UI30 und 3UI39.
Produktfamilien von Transformatoren, Übertragern und Induktivitäten für höhere Frequenzen aus Ferrit– und weiteren Materialien in allen gängigen Formen von E- bis RM-Kernen, benennen wir so, wie die Kernhersteller dies tun.
Hochspannungs– und andere Sondertransformatoren tragen eigene Namen.
Mehr Inforamtionen über Kernbleche finden Sie in unserem Flyer BREMER+GERTH_Kerne.pdf unter Downloads.
C
D
Drosseln für Leistungsanwendungen in der Elektrotechnik lassen sich in Wechselspannungsdrosseln (AC-Drosseln) und Drosseln für Gleichstromkreise (DC-Drosseln) gliedern.
AC-Drosseln können 1- oder 3-phasig ausgeführt sein. In der Regel handelt es sich dabei um Drosselspulen mit Eisenkernen, mit oder ohne Luftspalte.
In Industrie und Universitäten werden eine Reihe Bezeichnungen verwendet, die Drosseln bezüglich der Anwendungszwecke gliedern:
Netzdrossel, Kommutierungsdrossel:
AC-Drosseln für Netz-(Grund-)frequenz, vorwiegend in 3-phasiger Ausführung; zur Verbesserung der Netz-Strombelastung (PFC) und zur Verringerung der Flankensteilheiten in den Halbleiterventilen nachgeschalteter Stromrichter.
Vorwiegend werden diese Drosseln in der Antriebstechnik für einen Spannungsfall uk = 4% eingesetzt, aber auch uk = 2% ist üblich.
Motordrossel:
AC-Drosseln, vorwiegend 3-phasig, zwischen Wechselrichter-Ausgang und Antriebsmotor zur Formung der Motorströme angeordnet, verlängern diese Drosseln die Lebensdauer der Motoren und reduzieren Geräusche. Die benötigten Induktivitätswerte sind u.a. abhängig von der Länge der Kabel zwischen Wechselrichter und Motor.
Glättungsdrosseln, Zwischenkreisdrosseln:
Gleichstrom-(DC)-Drosseln, z.B. für den DC-Zwischenkreis in Stromrichtern zwischen Eingangsgleichrichter und Ausgangswechselrichter. Auch für Erregerstromkreise von Generatoren. In Netzgeräten ist die Stromabhängigkeit dieses „Glättungselementes“ zu beachten.
Kompensationsdrosseln, Siebdrosseln:
Filterdrosseln mit dazu passenden Kondensatoren, abgestimmt zum Filtern bestimmter Frequenzen, bzw. zur (passiven) Kompensation von Blindleistungslasten.
Stromkompensierte Drosseln:
Diese Filter-Drosseln weisen 4 (1-phasig) oder 6 Anschlüsse (3-phasig) auf. Sie reduzieren asymmetrische Störungen, beeinflussen dabei das Nutzsignal aber nur wenig.
Sternpunktdrosseln:
Drosseln zur Dämpfung der Ströme und ihrer Steilheiten im (über die Drossel) geerdeten Sternpunkt im Fall von Erdschlüssen in Stromversorgungsnetzen (u.a. Bahn-Stromversorgungen).
Luftspulen:
stellen eine Sonderbauform dar. Dem Vorteil Ihrer weitgehend linearen Kennlinie steht eine – im vergleich zu Eisenkernspulen – große Baugröße und niedrige Induktivität gegenüber.
Die wesentliche Kenngröße einer Drosselspule ist ihre Induktivität.
Sie muß ferner für den zu erwartenden Dauer- und Spitzenstrom ausgelegt werden. Anstelle einer Induktivitätsangabe kann auch ein Spannungsfall bei Bemessungsstrom angegeben werden (siehe Netzdosseln, uk…%). Ebenfalls benötigt wird die Bemessungsfrequenz und die (isolationstechnisch) zu berücksichtigende Spannung.
Weitere Informationen zum Thema Drosseln finden sie in unserer Produktübersicht und unserem Blog.
Einige Transformatorhersteller benutzen den Begriff der Durchgangsleistung bei Spartransformatoren als Angabe der Ausgangsleistung. Dies soll den Unterschied zur „Typen“-Leistung oder „Kern“-Leistung des Trafos verdeutlichen.
E
Grundsätzlich ist die Befassung mit n-Phasen-Systemen ein interessantes akademische Gebiet. In unserer Tagespraxis – der Dimensionierung und Fertigung von Kleintransformatoren – beschäftigen wir uns nur mit 1- oder 3-phasigen Transformatoren bzw. Spannungssystemen. 3-phasig wird dabei auch als Drehstrom bezeichnet.
Anmerkungen:
Auch ein sogenannter Kerntransformator, auch KT- oder UI-Trafo genannt, also ein Trafo mit zwei Spulen, ist ein 1-Phasen-Transformator. Die Primärwicklungen dieses Trafos sind entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Der Begriff 2-Phasen-Trafo ist nicht gebräuchlich.
Ebenso ist ein Trafo, der zwischen zwei Außenleitern eines 3-Phasen-Versorgungsnetzes angeschlossen wird, ein 1-Phasen Transformator. (Im gebräuchlichen öffentlichen Niederspannungsnetz ist das dann beispielsweise ein Transformator 1-phasig, Primärspannung 400V.)
Häufig wird gewünscht, eine 1-phasige Belastung gleichmäßig auf die 3 Phasen eines Netzes zu verteilen. Dies ist mit einem einzelnen Transformator nicht möglich.
Bemessungs-Eingangsspannung (Versorgungsspannung) wird die Spannung genannt, die dem Transformator für die festgelegten Betriebsbedingungen zugeordnet ist. Bei Mehrphasen- Systemen ist das die sogenannte „verkettete“ Spannung zwischen den Außenleitern.
Siehe auch: Mehrere Eingangsspannungen, 1-phasig / 3-phasig
Die Niederspannungs-(Netzspannungs)-Normwerte in Europa sind in IEC60038 festgelegt. Sie betragen 230V (1-phasig) bzw. 3x400V (verkettet) mit einem Toleranzbereich +/–10%. BREMER-Transformatoren sind für diese Toleranzen konzipiert, es sei denn, es wurde etwas anderes vereinbart oder Korrekturanzapfungen sind vorgesehen.
Anmerkung: In Anwenderspezifikationen ist häufig eine Eingangsspannungsangabe in der Form beispielsweise 230V +/-10% zu finden. Es ist dann jeweils klärungsbedürftig, ob damit der Eingangsspannungsbereich beschrieben werden soll oder ob der Wunsch nach Korrekturanzapfungen zum Ausdruck gebracht werden soll.
Wir bitten deshalb präzise zu formulieren, also z.B.
- Eingangsspannung: 230V Eingangsspannungsbereich +/-10% oder
- Eingangsspannung: 230V mit Anzapfungen für +/-10%
Hinweis: BREMER-Transformatoren mit Plus-Anzapfungen sind für eine maximale Eingangsspannung gemäß des gewünschten Pluswertes ausgelegt. Eine zusätzliche Addition mit einem Eingangspannungsbereich (Toleranzbereich) bedürfte der Vereinbarung.
F
SI-Einheit für die elektrische Kapazität
Einheit: 1F = 1(A*s) / 1V = 1C / 1V (hier C = Coulomb = elektrische Ladung)
Formelzeichen: C
Michael Faraday: Englischer Physiker (1791 – 1867)
Charles Augustin de Coulomb: Französischen Physiker (1736 – 1806)
Ein festmontierter (ortsfester) Transformator ist dazu bestimmt, während des Betriebes so befestigt zu sein, wie es der Hersteller festlegt. Er ist entweder fest montiert oder er wiegt mehr als 18kg und hat keine Tragegriffe.
Ein ortsveränderlicher Transformator kann – während er an die Stromversorgung angeschlossen ist – bewegt werden. Auch Transformatoren in der Form von „Steckernetzteilen“ sind ortsveränderliche Transformatoren.
Ein Gerätetransformator ist nur für die Versorgung bestimmter Geräte oder Anlagen und die Verwendung mit diesen konstruiert.
Ein Einbautransformator ist ein Gerätetransformator, der so für den Einbau in ein Geräte-Gehäuse vorgesehen ist, dass dieses Schutz gegen elektrischen Schlag bietet.
Wenn nicht ausdrücklich anders vereinbart, werden BREMER-Transformatoren immer als ortsfeste Transformatoren oder Gerätetransformatoren und / oder Einbautransformatoren ausgeführt.
Für Leiterplattentransformatoren der Kerntypreihen UI30 und UI39 ist die Bezeichnung „Flachtransformator“ verbreitet.
Bemessungsfrequenz ist die Frequenz, für die der Transformator dimensioniert wurde.
Bei Anfragen und Bestellungen ohne Frequenzangabe nehmen wir eine Frequenz 50-60Hz und eine sinusförmige Eingangsspannung an.
Anmerkung 1:
Ein Transformator kann keine Frequenz transformieren. Die Frequenz der Ausgangsspannung ist mit der Frequenz der Eingangsspannung identisch.
Anmerkung 2:
Transformatoren, die ausdrücklich für eine Frequenz größer 50Hz bestellt werden, führen zu kleineren Kerntypen als 50Hz-Trafos vergleichbarer Leistung. Sie können dann jedoch nicht – auch nicht zu Prüfzwecken – mit 50Hz und Bemessungs-Eingangsspannung betrieben werden.
Anmerkung 3:
Ein mit Bemessungsfrequenz 50Hz beschrifteter Transformator kann ohne Bedenken mit 60Hz betrieben werden.
G
H
SI-Einheit für die elektrische Induktivität
Einheit: Henry 1H = 1Vs/1A
Formelzeichen: L
Joseph Henry: Amerikanischer Physiker (1797 – 1878)
SI Einheit für die Frequenz
Einheit: 1Hz = 1(1/s) (Wiederholungen / Sekunde)
Formelzeichen: Hz
Heinrich Rudolf Hertz: Deutscher Physiker (1857 – 1894)
I
Die magnetische Induktion; Formelzeichen: B
Auch Magnetflussdichte oder Flussdichte genannt.
Die Induktion ist eine der elementaren internen Kenngrößen bei der Dimensionierung von magnetischen (induktiven) Bauteilen. Einheit: Tesla 1T = 1Vs/m2
Anmerkung: Nicht verwechseln mit Induktivität!
Die Induktivität ist ein Maß für die Speicherfähigkeit magnetischer Energie. Die Induktivität ist die wesentliche Kenngröße einer Drosselspule.
Einheit: Henry 1H = 1Vs/A
Anmerkung 1: Nicht verwechseln mit Induktion.
Anmerkung 2: In der Techniker-Umgangssprache wird unter „EINER INDUKTIVITÄT“ zuweilen ein induktives Bauteil, also eine Drossel bzw. Drosselspule verstanden.
Isolierstoffe sind nach IEC 60085 und IEC 60216 in thermische Klassen eingeteilt. Die zugelassenen höchsten Temperaturen werden an Transformatoren (nach EN61558-1:2019-12) um den sog. Heißpunktwert reduziert.
Es ergeben sich folgende Temperaturklassen (Isolierstoffklassen):
Thermische Klasse A: 100°C
Thermische Klasse E: 115°C
Thermische Klasse B: 120°C
Thermische Klasse F: 140°C
Thermische Klasse H: 165°C
Gemäß der verwendeten Isolierstoffe dürfen die Transformatoren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Temperaturwerte dieser Tabelle nicht überschreiten. Dabei ist die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.
J
K
Kurzschlussfest nach Definition der DIN EN IEC 61558-1:2019-12 ist ein Transformator, bei dem die Temperatur auch bei Überlast oder Kurzschluss, die für diesen Trafo zugelassenen Werte nicht überschreitet und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterhin die Anforderungen der o.g. Norm erfüllt*.
Unterschieden werden der
- nicht kurzschlussfeste Transformator, der
- unbedingt kurzschlussfeste Transformator und der
- bedingt kurzschlussfeste Transformator.
Ein nicht kurzschlussfester Transformator ist dafür vorgesehen, dass er durch eine vom Anwender angebrachte geeignete Schutzeinrichtung, die nicht Bestandteil des Transformators ist, gegen Überlast, Kurzschluss und anderweitig verursachte, unzulässig hohe Temperaturen geschützt wird.
Bei einem unbedingt kurzschlussfesten Transformator ist die Einhaltung festgelegter Grenzwerte für Ströme und Temperaturen bauartbedingt sichergestellt. Beispielsweise sehr kleine Trafos bis circa 2…3VA haben so hochohmige Wicklungen, dass diese Trafos unbedingt kurzschlussfest sind.
Ein bedingt kurzschlussfester Transformator ist mit einer Schutzeinrichtung ausgestattet. Diese unterbricht oder verringert den Strom im Eingangs- oder Ausgangskreis im Überlast- oder Kurzschlussfall. Ist die Schutzeinrichtung rücksetzbar, so ist nach Entfernen der Überlast und Abkühlung des Trafos, sowie Rücksetzen der Schutzeinrichtung die ursprüngliche Funktion des Transformator wieder gegeben (siehe rücksetzbare Temperaturbegrenzer).
Ergänzung: Kleintransformatoren – vor allem kleine Printtransformatoren – werden in bedingt kurzschlussfester Ausführung häufig mit fest in den Transformator eingebauten Temperatursicherungen („Thermo-Sicherung“) ausgestattet. Nach Überlast oder Kurzschluss muss der Transformator ausgetauscht werden.
Wird ein BREMER-Transformator nicht ausdrücklich als kurzschlussfest definiert, so handelt es sich um einen nicht kurzschlussfesten Transformator. Bei diesem ist vorgesehen, dass der Transformator durch vom Anwender angebrachte, geeignete Schutzeinrichtungen gegen Überlast, Kurzschluss und anderweitig verursachte, unzulässige Temperaturen geschützt wird.
Anmerkungen:
* Dies bedeutet nicht, dass alle Typen von kurzschlussfesten Transformatoren auch weiterhin funktionsfähig sind. U.a. müssen Transformatoren, die mit einer nicht rücksetzbaren und nicht austauschbaren Schutzeinrichtung versehen sind, nach deren Auslösen ausgetauscht werden (Thermo-Sicherung).
Die Kurzschlussspannung bezeichnet die notwendige Spannung, die an die Eingangswicklung eines Transformators angelegt werden muss, um den Bemessungs-Eingangsstrom zu erreichen, wenn die Ausgangswicklung kurzgeschlossen ist und die Wicklungen sich in Umgebungstemperatur befinden. Die Kurzschlussspannung wird üblicherweise in Prozent der Bemessungs-Eingangsspannung angegeben, Formelzeichen: uk.
Eine niedrige Kurzschlussspannung deutet darauf hin, dass der Transformator so ausgelegt ist, dass er bei Nennstrom geringe Kupferverluste aufweist. Zugleich verlangen jedoch bestimmte Stromrichter der Antriebstechnik eine Mindest-Kurzschlussspannung. Es empfiehlt sich dann u.U. dem Transformator eine Netzdrossel vorzuschalten.
L
Die Leerlauf-Ausgangsspannung eines unbelasteten Transformators, der an die Bemessungseingangsspannung und Bemessungsfrequenz angeschlossen ist, ist immer höher als die Bemessungsausgangsspannung (Spannung unter Last). Bei sehr kleinen Transformatoren kann sie bis zu dem doppelten Wert der Bemessungsspannung betragen. Die zulässigen Höchstwerte sind in EN 61558 in deren diversen „Teilen 2-..“ spezifiziert und dort angegeben in Prozent des Verhältnisses zwischen Leerlaufspannung und Ausgangsspannung unter Last. (Beispiele: Netz- und Sicherheitstransformatoren für 63 … 250VA: +15%.)
Wichtig: Nennen Sie uns eine maximale Leerlauf-Ausgangsspannung immer dann, wenn Sie Bauteile verwenden, deren Spannungsverträglichkeit tangiert werden könnte. In solchen Fällen könnte es ratsam sein, einen etwas größeren Transformator-Typ zu wählen.
Anmerkung: Die Leerlaufspannung ist auch unbedingt zu beachten, wenn die Schutzkleinspannung (max. 50V im Leerlauf) oder andere Spannungsgrenzen (z.B. die 1100V- Grenze) erreicht werden könnten.
Hinweis: Die Bemessungswerte, auf die sich die Ausgangsspannungs-Toleranz und die Leerlaufabweichung beziehen, gelten für die Umgebungstemperatur ta, für die der Transformator spezifiziert ist.
Die Leerlaufleistung ist die (Wirk-)Leistung, die der unbelastete Transformator bei Bemessungs-Eingangsspannung und Bemessungsfrequenz aufnimmt. Der Leerlauf(eingangs)strom ist der (Schein-)Eingangsstrom des unbelasteten Transformators bei Bemessungs-Eingangsspannung und Bemessungsfrequenz. Er kann, verursacht durch Kernblechtoleranzen, stark variieren.
Die Verluste eines Transformators setzen sich aus Eisenverlusten und Kupferverlusten zusammen. In erster Näherung sind Leerlaufstrom und Leerlaufleistung ein Maß für die Eisenverluste. Die Kupferverluste wiederum lassen sich durch einen Kurzschlussversuch abschätzen.
Wird ein Transformator voraussichtlich vorwiegend im Leerlauf- oder unter kleiner Teillast betrieben, so ist es möglich und sinnvoll, ihn bezüglich der Leerlaufverluste zu optimieren.
Anmerkung:
Die Normen für Kernmaterialien erlauben erhebliche Toleranzen. Die Qualität der Kernmaterialien und damit die Leerlaufströme können entsprechend variieren. Transformatorhersteller und Zulieferer haben leider nur begrenzten Einfluss darauf und begrenzte Alternativen auf dem globalen Markt.
M
Transformatoren können mittels Anzapfungen und / oder mehrerer Eingangswicklungen für mehrere Eingangsspannungen ausgelegt werden.
Es ist jedoch zu beachten, dass der dafür benötigte Wickelraum i.d.R. zu größeren Kerntypen führt, als bei einem Transformator vergleichbarer Leistung mit nur einer Eingangsspannung. Ausnahme: Wird die Eingangswicklung derart in zwei gleiche Teile geteilt, dass der Anwender diese beiden Wicklungen wahlweise in Reihe oder parallel schaltet, wird nur für die zusätzliche Isolation etwas Wickelraum benötigt.
Anmerkung:
Der zuweilen beobachtete Fehler durch Anwender, Transformatoren mit zwei Eingangswicklungen, diese gedacht für wahlweisen Reihen- oder Parallelanschluss, bei Anwendungen der kleineren Netzspannung nur mit einer Eingangswicklung zu kontaktieren, führt bei Bemessungsbelastung zur Überhitzung und Zerstörung der Primärwicklung. Dieser unzulässige Betrieb ist unbedingt zu vermeiden und betrifft auch die Absicherung. (Bei Teillast- oder Leerlaufbetrieb wird dieser Fehler u.U. nicht sofort bemerkt!)
N
Ein Netztransformator für allgemeine Anwendungen ist ein Transformator, dessen Eingangswicklung von der Ausgangswicklung mindestens durch Basisisolierung getrennt ist. Eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsstromkreis ist nicht erforderlich.
Netztransformatoren 1/5kVA 1-/3-phasig werden i.d.R. nach EN61558-2-1 ausgeführt. Diese Norm kann auch für Trenntransformatoren mit höheren Ausgangsleistungen angewendet werden, sofern dies zwischen Käufer und Hersteller vereinbart wird.
Kleintransformatoren bis zu Leistungen von 40kVA werden in der Norm DIN EN IEC 61558-1, zugleich VDE0570 Teil 1 und IEC 61558-1 behandelt. Sie liegt derzeit in der Ausgabe 12/2019 vor. Übergangsfrist für die Ausgabe 07/2006: 21.06.2022
Im Teil 1 dieser Norm werden allgemeine Anforderungen und Prüfungen beschrieben. Er wird ergänzt durch eine größere und wachsende Anzahl von „Teilen 2“. In diesen werden die Anforderungen an Transformatoren für verschiedenste Anwendungen beschrieben. Eine Übersicht der vorliegenden Teile 2 finden Sie unter www.vde.com oder www.vde-verlag.de. Daneben werden Transformatoren auch in einigen nationalen und internationalen Gerätenormen spezifiziert.
Transformatoren und Drosseln höherer Leistungen beschreibt die Normenfamilie VDE 0532 / EN 60076. Jedoch kann in Absprache mit dem Besteller auch die o.g. EN 61558 für Transformatoren mit Bemessungsleistungen > 25/40kVA (ein-/mehrphasig) herangezogen werden. BREMER Transormatoren GmbH verfährt i.d.R. gemäß dieser Möglichkeit. Einige Hochspannungs- und Isoliertransformatoren des BREMER-Fertigungsprogramms werden von keiner Norm zutreffend beschrieben. Für diese Spezialtransformatoren gelten Absprachen zwischen Anwender und Hersteller, insbesondere bezüglich der anzuwendenden Prüfverfahren und Prüfpegel.
Scheuen Sie Sich nicht, uns zur EN61558-Normenfamilie zu befragen.
O
SI-Einheit für den elektrischen Widerstand
Einheit: Ohm 1Ω = 1V/1A
Formelzeichen: R
Georg Simon Ohm: Deutscher Physiker (1789 – 1854)
P
Der Eingangsstromkreis eines Transformators ist zum Anschluss an den Versorgungsstromkries vorgesehen. Die Wicklung des Eingangsstromkreises wird Eingangswicklung oder Primärwicklung genannt.
Siehe auch: Eingangsspannung, mehrere Eingangsspannungen
Kleintransformatoren, deren Wicklungsanschlüsse an Lötstifte für Leiterplatten (THT-Bestückung) geführt sind, werden auch als Printtransformatoren oder pcb-transformers bezeichnet. Sie werden vorwiegend für 1-phasige Baugruppen mit Leistungen bis ca. 30VA und in vergossener Ausführung hergestellt.
Sicherheitstransformatoren für Leiterplatten fertigen und vertreiben wir in unserer GERTH-Transformatorenbau GmbH als Standardprodukte und daraus abgeleiteten kundenspezifischen Varianten.
BREMER Transformatoren entwickelt und fertigt Leiterplattentrafos in Sonderausführungen, beispielsweise mit mehreren unterschiedlichen Sekundärwicklungen. Ebenso Ferritkern- Trafos für Leiterplatten.
Q
R
S
Die Angabe der Schaltgruppe ist bei Dreiphasen-Transformatoren – im Gegensatz zu Einphasen-Transformatoren – unentbehrlich. Sie gibt Auskunft über Schaltungsart und Phasenlage sowie die damit verbundenen möglichen Belastungsarten eines Drehstrom-Transformators.
Die Kennbuchstaben sind:
- Y, y für die Sternschaltung,
- D, d für die Dreieckschaltung,
- Z, z für die Zickzackschaltung,
- I, i für die offene Schaltung der Wicklungen.
- N, n gibt an, ob ein Sternpunkt als äußerer Anschluss heraus geführt wird.
- a weist auf einen Spartransformator hin, (der als Dreiphasen-Transformator immer in Sternschaltung ausgeführt wird).
Der Großbuchstabe wird i.a. für die Oberspannungswicklung, der Kleinbuchstabe für die Unterspannungswicklung verwendet.
Die nachgestellte Kennzahl gibt an, um welches Vielfache von 30°el. der Spannungszeiger der Ausgangsspannung entgegen dem Uhrzeigersinn dem Zeiger der Eingangsspannung nacheilt.
Wenn der Besteller keine anderen Angaben macht, werden BREMER-Drehstromtransformatoren in der Schaltgruppe YNyn0 hergestellt.
Auswahlkriterium der Schaltgruppe ist u.a. die Frage, ob das eingangsseitig speisende System über einen Sternpunkt verfügt und ob die Last eine symmetrische Belastung darstellt, oder ob auch einphasige Lasten gespeist werden sollen. Bei einphasigen (unsymmetrischen) Belastungen spricht man auch von sekundärseitiger Sternpunktbelastung.
Bevorzugte Schaltgruppen für Transformatoren:
- Yy0 – Der Sekundär-Sternpunkt darf nur dann mit dem vollen Laststrom belastet werden, wenn das eingangsseitig speisende Netz über einen Sternpunktleiter verfügt und dieser mit dem Transformatorsternpunkt fest verbunden ist. Anderenfalls kann der Sternpunkt der Ausgangswicklung nur mit ca. 10% belastet werden.
- Dy5 – Sekundär- Sternpunkt voll belastbar
Weitere übliche Schaltgruppen für Transformatoren:
- Dd0 Sternpunkte nicht vorhanden
- Yd5 Sekundär- Sternpunkt nicht vorhanden
- Yz5 Sekundär- Sternpunkt voll belastbar
Die Kerntyp-Leistungen von Transformatoren mit Z-Schaltungen sind kleiner als die vergleichbarer Transformatoren mit Y oder D-Schaltung, sie werden deshalb seltener eingesetzt.
Herausgeführte Sternpunkte (Kennzeichen N oder n) verursachen Mehrkosten gegenüber einer Wicklung ohne herausgeführte Sternpunkte. Es ist deshalb sinnvoll, bei Bestellungen anzugeben, ob die Sternpunkte zugänglich sein müssen.
Beispiele von Schaltgruppen:
Beispiel 1: YNyn0yn0
Stern-Stern-Schaltung mit 2 Sekundärwicklungen und herausgeführten Sternpunkten
- Ein Transformator mit solch einer Schaltgruppe könnte beispielsweise in einer Werkzeugmaschine montiert sein und an einer Sekundärwicklung ein Dreiphasenmotor, an der anderen ein B6-Drehstromgleichrichter nachgeschaltet sein. Die Sekundärwicklungen können für kleine Steuerleistungen und Beleuchtungen mit ca. 10% der Bemessungs-Ausgangsleistung einphasig belastet werden.
Beispiel 2: Dyn5
Dreieck-Stern-Schaltung mit sekundärseitig herausgeführtem Sternpunkt und Phasenwinkel 150°el. zw. Ein- und Ausgang
- An solch einem Transformator könnten beispielsweise drei einphasige Lasten (z.B. drei Heizstäbe) betrieben werden, die betriebsmäßg u.U. nicht gleichzeitig eingeschaltet sind. Der Trafo kann an jeder Phase – unabhängig davon, ob die übrigen Phasen belastet sind – mit dem Bemessungsstrom belastet werden.
Beispiel 3: YNa0
Dreiphasen-Spartransformator
Der Schutz von elektrischen Betriebsmitteln, bei Transformatoren und Drosseln durch Abdeckungen und Gehäuse, wird durch die sog. IP-Kennziffern in DIN EN 60529 (VDE 0470-1) beschrieben.
Die Kennbuchstaben IP werden durch zwei Ziffern ergänzt, wobei die erste (0…6) eine Aussage bezüglich des Schutzes gegen Berührung und gegen das Eindringen von Fremdkörpern darstellt. Die zweite Ziffer (0…8) informiert über den Schutz gegen Wasser. Siehe EN / IEC 60529 für weitergehende Informationen.
Gängige Schutzarten von Gehäusen sind IP20, IP23, IP44, IP54 und IP65.
|
Ziffer
|
Schutz gegen Fremdkörper… |
Schutz
gegen Wasser… |
|
0
|
Nicht geschützt | Nicht geschützt |
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1
|
… größer 50mm / …Hand | Tropfen senkrecht |
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2
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… größer 12,5mm / …Finger | Tropfen bis 15° geneigt |
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3
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… größer 2,5mm / …Werkzeuge | Sprühwasser bis 60° |
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4
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… größer 1mm / …Leitungen | Spritzwasser jede Richtung |
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5
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Staubgeschützt | Strahl mit Düse |
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6
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Staubdicht | Starken Strahl mit Düse |
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7
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— | Zeitweiliges Untertauchen |
|
8
|
— | Dauerhaftes Untertauchen |
Anmerkung:
Einige Trafohersteller bezeichnen Transformatoren mit IP20 auch, wenn diese kein Gehäuse und keine Abdeckung haben. Argumentiert wird, dass – berührungsgeschützte Anschlussklemmen vorausgesetzt – die Wicklungen durch Isolierbandbandagen oder Kunststoffdeckel geschützt sind. BREMER-Transformatoren kann sich dieser Sichtweise nicht anschließen. Einen Transformator ohne Abdeckung bezeichnen wir mit IP00. Für die Schutzart IP20 verwenden wir entweder fertig gekaufte Stahlblech- oder Kunststoffgehäuse oder wir fertigen zumindest eine Abdeckung aus Aluminium- bzw. Stahl-Lochblech oder aus Kunststoff.
Elektrische Betriebsmittel müssen im Fehlerfall einen Schutz gegen elektrischen Schlag haben. Sie sind diesbezüglich in DIN EN 61140:2016-11 (VDE 0140-1) in Schutzklassen klassifiziert. In der Regel sind Transformatoren aus unserer Fertigung für den Einbau in Geräte oder Anlagen vorgesehen. Sie besitzen deshalb selber keine Schutzklasse, sind aber für Geräte der Schutzklasse I oder II vorbereitet.
- Transformatoren, vorbereitet für Geräte der Schutzklasse I haben einen Schutzleiteranschluss. Dieser ist mit den berührbaren leitenden Teilen verbunden und ist für die feste Verdrahtung der Installation vorgesehen. Daneben verfügen diese Transformatoren mindestens über eine Basisisolation.
- Transformatoren, vorbereitet für Geräte der Schutzklasse II haben keinen Schutzleiteranschluss. Als zusätzliche Sicherheitsvorkehrung dient hier die doppelte oder verstärkte Isolierung.
- Schutzklasse III werden Geräte genannt, bei denen der Schutz gegen elektrischen Schlag auf der Versorgung mit der SELV (engl. Safety Extra-Low Voltage – Sicherheitskleinspannung) oder PELV (engl. Protective Extra-Low Voltage – Schutzkleinspannung) beruht und in denen keine höheren Spannungen als die SELV erzeugt werden.
Die Wicklung des Ausgangsstromkreises eines Transformators wird Ausgangswicklung oder Sekundärwicklung genannt.
Ein Sicherheitstransformator ist speziell zur Versorgung von SELV (safety extra-low voltage)- oder PELV (protective extra-low voltage) Stromkreisen konzipiert.
Sicherheitstransformatoren bis 10/16kVA 1-/3-phasig werden i.d.R. nach EN61558-2-6 ausgeführt, wobei auch Transformatoren höherer Leistungen nach Absprache zwischen Käufer und Hersteller möglich sind. Diese Transformatoren sind so ausgelegt, dass die Summe aller Ausgangs-Wechselspannungen im Leerlauf maximal 50V beträgt.
Ein Spartransformator ist ein Transformator, bei dem Eingangsspannung und Ausgangsspannung von einer gemeinsamen Wicklung abgeleitet werden. In Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses ergeben sich dadurch z.T. deutlich kleinere und somit preiswertere Baugrößen.
ACHTUNG: Es besteht keine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangsstromkreis!
Anmerkung:
Es obliegt der Verantwortung des Anwenders zu prüfen, ob ein Transformator ohne galvanische Trennung eingesetzt werden darf. So ist u.a. zu beachten, ob der Isolationspegel eines am Ausgang des Spartrafos angeschlossenen Gerätes ausreichend ist.
Beispiel: Betrieb eines 115V-Gerätes am europäischen Netz 230V: Wir würden hier i.d.R. vom Einsatz dieses Gerätes mittels eines Spartrafos abraten und einen Transformator mit getrennten Wicklungen empfehlen.
Spartrafo wird im angelsächsischen Raum auch „autotransformer“ genannt.
Siehe auch: Typen- / Kernleistung, Durchgangsleistung
Streufeldtransformatoren sind so konstruiert, dass eine verminderte Kopplung zwischen den Wicklungen des Eingangs- und des Ausgangskreises und ein erhöhtes Streufeld vorliegt, was an fest gekoppelten Transformatoren normalerweise unerwünscht ist. Es lassen sich Arbeitskurven mit hohen Leerlaufspannungen und definierten Strom-Spannungswerten bei Last realisieren.
Streufeldtransformatoren können auch bei größeren Leistungen als unbedingt kurzschlußfeste Transformatoren ausgeführt werden, sie stellen jedoch eine sehr aufwändige Sonderbauform dar.
Anmerkung:
Typische Anwendungen für Streufeldtransformatoren sind Gasentladungsbeleuchtungen („Neon-Leuchten“) mit hohen Zündspannungen und daran anschließender Begrenzung des Stromes in der Gasstrecke die nun einen „Kurzschluss“ darstellt.
Für einige Stromrichterschaltungen werden Transformatoren mit erhöhten Kurzschlussspannungen benötigt, die je nach Höhe der Kurzschlussspannung ebenfalls bereits als Streufeldtransformatoren bezeichnet werden können.
Durch Kombinationen einer AC-Drossel und eines fest gekoppelten Transformators lassen sich Schaltungseigenschaften herstellen, die einem Streufeldtransformator vergleichbar sind.
Wegen der aufwändigen Engineeringarbeiten sind Streufeldtransformatoren für Einzelstücke und Kleinstserien kaufmännisch ungünstig.
T
Transformatoren müssen gegen unzulässig hohe Temperaturen im Falle von Überlast oder Kurzschluss geeignet geschützt werden. Eine Reihe von Schutzeinrichtungen (Sicherungen, magnetische und thermo-magnetische Schalter, Überlastauslöser, Temperaturbegrenzer u.a.) sind denkbar und je nach Anwendungsfall geeignet.
Ein Temperaturbegrenzer kann nicht vom Anwender verstellt werden und begrenzt bei nicht bestimmungsgemäßem Gebrauch eines Transformators dessen Temperatur durch Öffnen des Stromkreises oder Verringerung des Stromes.
Ein selbsttätig zurücksetzender Temperaturbegrenzer („Temperaturwächter“) stellt den Stromfluss wieder her, sobald der Transformator abgekühlt ist. Ein nicht selbsttätig zurücksetzender Temperaturbegrenzer bedarf zusätzlich eines Handeingriffs.
Eine „Thermo-Sicherung“ oder „Temperatursicherung“ muss nach einmaligen Ansprechen ausgetauscht werden. I.d.R. muss dazu der komplette Transformator ausgetauscht werden.
Kleintransformatoren – vor allem kleine Printtransformatoren – werden in bedingt kurzschlussfester Ausführung häufig mit fest in den Transformator eingebauten Thermosicherungen ausgestattet. Nach Überlast oder Kurzschluss muss der Transformator ausgetauscht werden.
Alternativ können selbsttätig rücksetzende Bimetall-Thermoschalter („Temperaturwächter“) eingebaut werden, diese setzen aus Platzgründen jedoch eine Mindestbaugröße und aus kaufmännischen Gründen einen gewissen Gerätewert voraus.
Temperaturwächter, beispielsweise Bimetall-Öffner oder Schließer, können in die Wicklungen eingebaut werden und ihre Kontakte an Anschlussklemmen geführt werden. Nach Einbau der Trafos in eine Anlage oder Geräte, steht dem Anwender ein einfach zu händelndes Signal für Steuerungs- oder Warnzwecke oder zur Notabschaltung zur Verfügung.
Siehe auch: Kurzschlussfestigkeit
SI-Einheit für die magnetische Flussdichte
Einheit: Tesla 1T = 1Vs/1m²
Formelzeichen: B
Nikola Tesla: Kroatisch-amerikanischer Physiker (1856 – 1943)
Statische, elektromagnetische Maschine mit zwei* oder mehr Wicklungen. Transformatoren dienen i.d.R. der Übertragung elektrischer Energie durch Wandlung einer Wechselspannung in eine andere Wechselspannung gleicher Frequenz.
* Ausnahme siehe Spartransformator
Ein Trenntransformator ist ein Transformator mit einer Schutztrennung zwischen den Eingangs- und Ausgangswicklungen. Trenntransformatoren für allgemeine Anwendungen, einphasig bis 25kVA und mehrphasig bis 40kVA, werden i.d.R. nach EN61558-2-4 ausgeführt. Wenn es zwischen Abnehmer und Lieferant vereinbart wird, kann diese Norm auch für Trenntransformatoren ohne Begrenzung der Ausgangsleistung angewendet werden.
Im Gegensatz zum Netztransformator (nach EN61558-2-1) verfügt der Trenntransformator neben der Basisisolierung über eine sogenannte „doppelte oder verstärkte“ Isolierung. (Bei einigen Typen kann an deren Stelle auch eine Kombination der Basisisolierung mit einer Schirmwicklung zwischen Ein- und Ausgangswicklung eingebaut sein.)
Anmerkung:
Ein „Transformator mit getrennten Wicklungen“ (ugs.) ist ein Netztransformator und verfügt über Basisisolierung.
Siehe auch: Netztransformator
Transformator, bei dem sich Wicklungen und Kern nicht in einer Isolierflüssigkeit befinden.
Alle BREMER-Transformatoren sind Trockentransformatoren.
Die Typen- oder Kernleistung bezeichnet keine direkte elektrische Größe. Sie dient zur Orientierung, um den Raumbedarf und das Gewicht eines Transformators abzuschätzen und stellt ein verbreitetes Äquivalent zwischen einer Transformator-Kerntype und einer elektrischen Leistung unter vereinfachten Bedingungen (z.B. 50Hz, ta=40°C) dar.
Die tatsächliche Ausgangsleistung, die mit einem bestimmten Kerntyp erzielt werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Umgebungstemperatur, maximal zugelassener Bauteiltemperatur, Kernmaterial, Betriebsart, Kühlsituation, Anzahl der Ausgangswicklungen, Anzahl der Primärspannungen, maximale Leerlaufspannungen, Isolationsbedarf (Art des Transformators) und weiteren.
Anmerkung:
Anwender seien darauf hingewiesen, dass der Wunsch nach mehreren Eingangsspannungen oft zu einer größeren Trafotype führt, im Vergleich zu einem Trafo identischer Ausgangsleistung, der nur für eine Eingangsspannung ausgelegt wurde. Ein „Universaltrafo“ ist somit oft nicht wirtschaftlich. Ebenso führt die Auslegung des Transformators für eine höhere als der realistisch zu erwartenden Umgebungstemperatur zu vergrößerten Typen.
Siehe auch: Bemessungsleistung, Durchgangsleistung
U
Die Bemessungs-Umgebungstemperatur ist die höchste Temperatur, bei der der Transformator unter bestimmungsgemäßen Betriebsbedingungen im Dauerbetrieb betrieben werden kann.
Eine zeitweilige Überschreitung um +10°C ist i.d.R. zulässig. Andernfalls kann die notwenige Kühlung mitunter nicht gewährleistet werden.
V
SI-Basiseinheit der elektrischen Spannung
Einheit: Ampère 1V = 1W/1A
Formelzeichen: U
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta: Italienischer Physiker (1745 – 1827)
W
SI-Einheit der Leistung
Einheit: Watt 1W = 1V*1A = 1J/s (Am Transformator geben wir die Scheinleistung Volt-Ampere VA an)
Formelzeichen: P
James Watt: Schottischer Ingenieur (1736 – 1819)