Transformer im Leerlaufzustand

Leerlaufbetrieb des Transformatoren

Wenn ein Transformator im Leerlauf betrieben wird, ist seine Sekundärwicklung kurzgeschlossen, wodurch die Last auf der Sekundärseite eliminiert und der Sekundärstrom auf Null fällt. Die Primärwicklung führt einen kleinen Leerlaufstrom I0, der 2 bis 10% des Nennstroms beträgt. Dieser Strom speist die Eisenverluste (Hystereseverluste und Wirbelstromverluste) im Kern und minimale Kupferverluste in der Primärwicklung.

Der Phasenversatz von I0 wird durch die Transformatorverluste bestimmt, wobei der Leistungsfaktor sehr niedrig bleibt - zwischen 0,1 und 0,15.

Komponenten des Leerlaufstroms und Phasorendiagramm
Komponenten des Leerlaufstroms

Der Leerlaufstrom I₀ besteht aus zwei Komponenten:

• Reaktiv (Magnetisierungs-) Komponente Im

• In Quadratur zur angelegten Spannung V₁

• Erzeugt den Kernfluss ohne Energieverbrauch

• Wirkleistungskomponente I_w

• In Phase mit V₁

• Speist Eisenverluste und geringe Kupferverluste in der Primärwicklung

Schritte zur Erstellung des Phasorendiagramms

• Die Magnetisierungskomponente I_m ist in Phase mit dem magnetischen Fluss ϕ, da sie den Magnetisierungsfluss erzeugt.

• Die induzierten Spannungen E₁ und E₂ in Primär- und Sekundärwicklung liegen 90° hinter dem Fluss ϕ zurück.

• Die Kupferverluste in der Primärwicklung sind vernachlässigbar, und der Sekundärstrom I2 = 0, was die Sekundärverluste beseitigt.

• Der Leerlaufstrom I0 liegt um den Winkel ϕ₀ (Leerlauf-Leistungsfaktor-Winkel) hinter V1, wie im Phasorendiagramm dargestellt.

• Die angelegte Spannung V₁ wird gleich und entgegengesetzt zu E₁ gezeichnet, da ihr Unterschied im Leerlauf vernachlässigbar ist.

• Die Wirkleistungskomponente I_w ist in Phase mit V₁.

• Der Leerlaufstrom I₀ ist die Phasorsumme von I_m und I_w.

Aus dem oben gezeichneten Phasorendiagramm lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: