Dreiphasentransformator

Einen Dreiphasentransformator kann man sich aus drei miteinander in Verbindung stehenden einzelnen Einphasentransformatoren vorstellen. Beim Einphasentransformator sind die Primär- und die Sekundärwicklungen auf jeweils einem Schenkel des geschlossenen Eisenkerns angeordnet. Die Funktion des Transformators bleibt erhalten, wenn die Wicklungen übereinander auf nur einem der beiden Kernschenkel angeordnet sind. Diese drei Einphasentransformatoren können mit ihren freien Kernschenkeln zusammengefügt werden, wobei die um jeweils 120 Grad verschobenen Magnetflüsse sich überlagern.

Magnetfluss und Konstruktionsform

Werden die drei Phasen einer Sternschaltung gleichartig belastet, bleibt der gemeinsame Nullleiter stromfrei, da infolge der Phasenlagen im zeitlichen Mittel die Stromsumme null ist. Der Magnetfluss verhält sich proportional zum Stromfluss, dadurch heben sich im gemeinsamen Kernschenkel die Magnetflüsse gegeneinander auf. Der wicklungsfreie gemeinsame Kernschenkel kann daher entfallen, sodass der Dreiphasentransformator nur einen dreischenkligen EI-Kern benötigt.

Spannungsbezeichnungen und Wicklungsanordnung

Die Spannungen beim Dreiphasentransformator werden auf der Primärseite als Oberspannung und auf der Sekundärseite als Unterspannung bezeichnet. Die Eingangs- und Ausgangsspannung kann sowohl in Dreieck- als auch in Sternschaltung verbunden sein. Die höhere Oberspannung liegt meist an der Außenwicklung, wodurch eine bessere elektrische Isolation zum Kern erreicht wird.

Schaltgruppen und Anschlussarten

Der Schaltungstyp, auch Schaltgruppe genannt, beschreibt die Verschaltung von Primär- und Sekundärseite. Drehstromgeneratoren in Sternschaltung besitzen vier Anschlüsse: drei Phasenleiter und einen Neutralleiter. Für den Energietransport im Hochspannungsnetz kann auf den Nullleiter verzichtet werden, wenn die Sekundärwicklungen des Transformators in Dreieckschaltung verbunden sind. Im Niederspannungs bzw. Haushaltsnetz wird wir die Spannung heruntertransformiert. Ist die Sekundärseite in Sternschaltung verbunden, entsteht mit dem Neutralleiter ein Vierleiter-Drehstromnetz. Dadurch können drei voneinander unabhängige Einphasennetze gleichzeitig betrieben werden.  

Bezeichnung der Schaltgruppen

Die Schalttypen der Drehstromtransformatoren werden mit Großbuchstaben für die Primärseite und Kleinbuchstaben für die Sekundärseite sowie einer nachfolgenden Zahl gekennzeichnet.
Y / y: Sternschaltung
D / d: Dreieckschaltung

Die Ziffer gibt, multipliziert mit 30 Grad, den Phasenwinkel zwischen Primär- und Sekundärseite an.

Sternschaltung – Eigenschaften

Die Sternschaltung bietet den Vorteil, dass die drei Leiterspannungen an den verketteten Wicklungen zu niedrigeren Strangspannungen führen.
Strangspannung = Leiterspannung / √3
Strangstrom = Leiterstrom

Fällt jedoch ein Segment aus, so kommt es zu einer sehr ungünstigen Leistungsverteilung, was häufig zum Ausfall des gesamten Transformators führt.

Dreieckschaltung – Eigenschaften

In der Dreieckschaltung gilt:
Leiterspannung = Strangspannung
Leiterstrom = √3 × Strangstrom

Fällt ein Segment aus, bleibt der Transformator mit etwa 66 % seiner Drehstromleistung weiterhin weitgehend betriebsfähig.

Weitergehende Informationen siehe Schaltgruppe