So entwerfen Sie einen Industrietransformator

Sep 16, 2023

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Transformatoren sind wichtige Teile von Energieverteilungssystemen im gesamten Industriesektor. Sie stellen sicher, dass im Verhältnis zur vollen Kapazität der Versorgungsinfrastruktur die richtige Strommenge die Last erreicht

Industrietransformatoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Stromverteilung und die Erfüllung von Prozessanforderungen. Ein falsch gebauter oder dimensionierter Transformator beeinträchtigt die Effektivität und den Erfolg Ihres Betriebs und gefährdet die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Hier erfahren Sie, was Sie über das Design von Industrietransformatoren wissen sollten, einschließlich wichtiger Überlegungen zur Dimensionierung und Komponentenauswahl.

Entscheidungsträger müssen sich zwischen den beiden Hauptkategorien von Industrietransformatoren entscheiden: Trockentransformatoren und flüssigkeitsgefüllte Transformatoren. Zu den Faktoren, die diese Entscheidung beeinflussen, gehören Standort, Umgebung, angestrebter Kostenaufwand und die bestehende Konfiguration der elektrischen Anlage.

Letzterer Typ hat trotz seiner höheren Leistungsaufnahme einige Nachteile. Trockentransformatoren benötigen einen robusteren Versicherungsschutz und Lüftungssysteme, aber ihre Möglichkeit zur Installation vor Ort ist ein großer Vorteil.

Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Bestimmung, welche Art von Kern Ihr Transformator benötigt. Dies geschieht in zwei Stufen.

Hier sind einige grundlegende Auswahlrichtlinien basierend auf den Betriebsfrequenzen:

Einige Kerntypen benötigen eine Spule, andere nicht. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Komponentenhersteller, ob die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung genau sind.

Laut Texas Instruments liegt ein akzeptabler Temperaturanstieg für einen Industrietransformator bei etwa 40–50 °C. Dies würde zu einer Innentemperatur von maximal 100 °C führen. Beachten Sie, dass größere Kerne die Temperaturanstiegsraten in Transformatoren verringern. Ein effektives Temperaturmanagement ist ein weiterer Schritt zur Bewältigung von Leistungsverlusten und zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Effizienz.

Die Optimierung der Größe Ihres neuen oder Ersatz-Industrietransformators ist entscheidend für die Erzielung akzeptabler Energiekosten im Laufe der Zeit. Entscheidungsträger müssen sicherstellen, dass der Transformator über angemessene Anforderungen und Anschlusswerte verfügt. Die angeschlossene Last, gemessen in kVA (Kilovoltampere), ist immer größer als die Bedarfslast, letztere muss jedoch mit dem Verständnis des Ingenieurteams über die betrieblichen Anforderungen übereinstimmen.

Der beste Weg zur Optimierung der Transformatorgröße ist die Verwendung historischer Daten. Gemäß den NEC-Richtlinien 220.87 können Ingenieure die gesammelten Spitzenlastdaten eines Jahres zur Optimierung ihres neuen Transformators nutzen. Wenn diese Informationen nicht verfügbar sind, erlaubt NEC auch die Verwendung von 30-Tage-gemessenen Spitzenlastdaten. Für beide Methoden sind übereinstimmende Intervalle von Heiz- und Kühlbedarfsdaten erforderlich – ein Jahr bzw. 30 Tage.

Die Kosten sind nicht die einzige Variable, die von der Größe beeinflusst wird. Transformatoren mit der richtigen Größe – im Vergleich zu zu großen – verringern die Auswirkungen von Energierisiken und das Risiko von Lichtbogenüberschlägen.

Industrietransformatoren werden weiter in Einphasen- und Dreiphasentransformatoren unterteilt. Einphasige Transformatoren verfügen über eine Primär- und Sekundärwicklungskomponente, während dreiphasige Modelle drei Primär- und drei Sekundärwicklungen benötigen.

Bei einem Einphasentransformator müssen Sie sich nicht um den Wicklungstyp kümmern. Um die gewünschte Leistung eines Dreiphasentransformators zu erreichen, müssen jedoch die richtigen Primär- und Sekundärwicklungen ausgewählt werden. Dazu gehören Stern- (Stern-), Dreieck- (Maschen-) und miteinander verbundene (Zick-Zack-)Wicklungen.

Wählen Sie sorgfältig aus – mit verschiedenen Paarungen von Wicklungstypen sind einige Kompromisse und Vorteile verbunden. Beispielsweise ist eine Stern-Dreieck-Verbindungskonfiguration besser für die Übertragung unsymmetrischer Lasten geeignet und wird häufiger mit Abwärtstransformatoren in Verbindung gebracht. Stern-Stern-Anordnungen haben ihre eigenen Vorteile, z. B. dass weniger Wicklungen um den Kern erforderlich sind.

Sie sollten sich mit den Formeln vertraut machen, die zur Bestimmung des Wicklungsumfangs verwendet werden, der für die Leistungsfähigkeit des Transformators erforderlich ist. Ein Transformator mit einem 12-Volt-2-Ampere-Ausgang und einem 120-Volt-Eingang sollte diese Formel verwenden. Der 110 dient dazu, die Leistungsaufnahme um 10 % zu erhöhen, um Leistungsverluste im System auszugleichen:

Denken Sie daran, auf hochwertige Materialien und handwerkliche Verarbeitung Wert zu legen, unabhängig davon, wofür Sie sich sonst noch während des Transformatordesignprozesses entscheiden. Eine unsachgemäße Konfiguration und minderwertige Baumaterialien haben mehrere unerwünschte Auswirkungen:

Ein gut gebauter Transformator sollte über eine Lebensdauer von 25 bis 40 Jahren zuverlässige Leistung erbringen. Minderwertige Produkte haben eine kürzere Lebensdauer – angefangen bei höheren laufenden Wartungskosten bis hin zum vorzeitigen Ausfall eines Transformators.

Das US-Energieministerium ist ständig damit beschäftigt, seine Standards für die Konstruktion industrieller Transformatoren zu überarbeiten, oft unter Einbeziehung der Öffentlichkeit. Es ist ratsam, sich mit diesen Compliance-Anforderungen vertraut zu machen und sich vor unnötigen Stromausfällen zu schützen.

Der Entwurf eines Industrietransformators beginnt mit der Bestimmung der Betriebsanforderungen und der Grundparameter. Dies sind die wichtigsten Merkmale, die Sie vor Beginn der Arbeiten festlegen müssen:

Die Primärspannung wird auf der Eingangsseite des Transformators bereitgestellt. Die Sekundärspannung wird vom Transformator ausgegeben. Die Versorgungsspannung und der erforderliche Ausgang müssen mit den Fähigkeiten des Transformators übereinstimmen – zum Beispiel 415 V am Eingang und 240 V am Ausgang.

Sie können die kVA-Leistung während der Transformatorauswahl oder des Bauprozesses mithilfe der folgenden Formeln ermitteln:

Aus Kompatibilitäts- und Compliance-Gründen muss die Betriebsfrequenz des Transformators aufgeführt und bewertet werden.

Das Typenschild sollte außerdem folgende Angaben enthalten:

Jedes dieser Unterscheidungsmerkmale muss auf dem Typenschild des Transformators vermerkt sein. Eine anschließende Inspektion des Transformators gibt Aufschluss über den Inhalt des Typenschilds und vermeidet Missverständnisse bei der Komponentenauswahl oder Installation.

Der Bausektor durchläuft mehrere bedeutende Veränderungen, darunter neue Prioritäten beim umweltfreundlichen Bauen und der Auswahl widerstandsfähiger Materialien. Eine Sache, die sich nie ändern wird, ist der Bedarf an Elektroingenieuren und Gebäudemanagern, die verstehen, was bei der Konstruktion von Industrietransformatoren und der Komponentenauswahl eine Rolle spielt. Alle Branchen bereiten sich auf die digitale Transformation vor, um eine höhere Produktion und einen besseren Einklang mit dem Planeten zu erreichen. Eine zuverlässige Stromverteilungsinfrastruktur ist dafür von entscheidender Bedeutung.

Die gebaute Umwelt erfordert höhere Toleranzen als je zuvor und eine stärkere Priorisierung der Effizienz. Wenn Sie hier aufpassen, wird sich dies im Laufe der Zeit hinsichtlich der Betriebsstabilität und einer konsistenten Stromversorgung auszahlen.

Bildquelle: Wang An Qi / Shuttestock.com