Vektor-Diagramm des Transformators: Ein wesentliches Werkzeug für die Fehleranalyse
Ein Transformator ist ein Gerät, das elektrische Energie von einem Schaltkreis zu einem anderen durch elektromagnetische Induktion überträgt. Transformator werden in Stromsystemen weit verbreitet eingesetzt, um die Spannungen zu erhöhen oder zu senken, Schaltkreise zu isolieren und Lasten auszugleichen. Transformator können aufgrund ihrer Bauweise, Wicklungskonfiguration und Vektordiagramm-Gruppe in verschiedene Typen unterteilt werden.
Ein Vektordiagramm eines Transformators ist eine grafische Darstellung der Phasorverhältnisse zwischen den Primär- und Sekundärspannungen und -Strömen des Transformators. Es ist ein essentielles Werkzeug, um das Verhalten und die Leistungsfähigkeit eines Transformators unter verschiedenen Betriebsbedingungen und bei Störungen zu verstehen.
In diesem Artikel werden wir erklären, was ein Vektordiagramm eines Transformators ist, wie man es zeichnet und wie man es zur Fehleranalyse verwendet. Wir werden auch die verschiedenen Arten von Transformatoranschlüssen und Vektordiagramm-Gruppen und ihre Auswirkungen auf den Schutz und die Koordination von Stromsystemen besprechen.
Was ist ein Vektordiagramm?
Ein Vektordiagramm ist ein Diagramm, in dem ein oder mehrere Vektoren dargestellt werden können. Ein Vektor ist eine Größe, die sowohl eine Richtung als auch eine Größe hat. In der Elektrotechnik werden wechselnde Größen wie Spannungen und Ströme oft durch Vektoren dargestellt, da sie sich in Größe und Richtung mit der Zeit ändern.
In einem Vektordiagramm werden wechselnde Größen durch Pfeile dargestellt. Die Länge des Pfeils stellt den Effektivwert der wechselnden Größe dar. Der Winkel gibt die Phasenverschiebung der Größe bezogen auf eine Referenzachse oder eine andere Größe an. Die Pfeilspitze zeigt die Richtung, in der die Größe wirkt.
Wenn eine elektrische Größe von der Quelle zum Verbraucher wirkt, wird der Vektor, der die Größe darstellt, als positiv betrachtet. Wenn sie von dem Verbraucher zur Quelle wirkt, wird sie als negativ betrachtet.
Was ist ein Vektordiagramm eines Transformators?
Ein Vektordiagramm eines Transformators ist ein Vektordiagramm, das die Phasorverhältnisse zwischen den Primär- und Sekundärspannungen und -strömen eines Transformators zeigt. Es zeigt auch die Phasenverschiebung und Polarität der Transformator-Wicklungen.
Ein Vektordiagramm eines Transformators kann für jeden Typ von Transformator gezeichnet werden, wie z.B. einphasig oder dreiphasig, stern- oder delta-geschaltet, oder mit verschiedenen Wicklungskonfigurationen und Vektordiagramm-Gruppen.
Ein Vektordiagramm eines Transformators kann uns helfen:
Die äquivalenten Schaltkreisparameter eines Transformators zu bestimmen, wie z.B. Impedanz, Widerstand, Reaktanz und Verluste.
Die Leistungsfähigkeit und Effizienz eines Transformators unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu analysieren, wie z.B. Leerlauf, Vollast, Überlast oder Kurzschluss.
Fehler in einem Transformator oder seinen zugehörigen Schaltkreisen zu identifizieren und zu diagnostizieren, wie z.B. Offener Schaltkreis, Kurzschluss, Erdfehler oder Zwischenwindungsfehler.
Schutzeinrichtungen für einen Transformator auszuwählen und abzustimmen, wie z.B. Sicherungen, Schaltgeräte, Relais oder Differentialschutzsysteme.
Die korrekte Verbindung und Polarität eines Transformators während der Installation oder Inbetriebnahme zu überprüfen.
Wie zeichnet man ein Vektordiagramm eines Transformators?
Um ein Vektordiagramm eines Transformators zu zeichnen, müssen wir die folgenden Informationen kennen:
Die Nennspannung und -strom der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators.
Die Wicklungskonfiguration und Anschlussart des Transformators, wie z.B. Stern- oder Delta-Schaltung.
Die Vektordiagramm-Gruppe des Transformators, die die Phasenverschiebung und Polarität der Wicklungen angibt.
Der Lastwiderstand und der Leistungsfaktor des Transformators.
Die Schritte, um ein Vektordiagramm eines Transformators zu zeichnen, sind:
Wählen Sie eine Referenzachse für das Diagramm. Normalerweise wird die horizontale Achse als Referenzachse gewählt.
Zeichnen Sie den Primärspannungsvektor entlang der Referenzachse, wobei seine positive Richtung nach rechts zeigt. Bezeichnen Sie ihn als V1.
Zeichnen Sie den Sekundärspannungsvektor mit einer Länge, die proportional zu seinem Effektivwert ist, und einem Winkel, der seiner Vektordiagramm-Gruppe entspricht. Bezeichnen Sie ihn als V2.
Zeichnen Sie den Primärstromvektor mit einer Länge, die proportional zu seinem Effektivwert ist, und einem Winkel, der seinem Leistungsfaktor entspricht. Bezeichnen Sie ihn als I1. Die Richtung von I1 sollte entgegengesetzt zu V1 sein, wenn die Primärwicklung die Sekundärwicklung versorgt.
Zeichnen Sie den Sekundärstromvektor mit einer Länge, die proportional zu seinem Effektivwert ist, und einem Winkel, der seinem Leistungsfaktor entspricht. Bezeichnen Sie ihn als I2. Die Richtung von I2 sollte entgegengesetzt zu V2 sein, wenn die Sekundärwicklung von der Primärwicklung versorgt wird.
Zeichnen Sie den Lastwiderstandsvektor mit einer Länge, die proportional zu seinem Wert ist, und einem Winkel, der seinem Leistungsfaktor entspricht. Bezeichnen Sie ihn als ZL. Die Richtung von ZL sollte entgegengesetzt zu I2 sein, wenn die Last passiv (ohmsch oder induktiv) ist.
Zeichnen Sie alle anderen relevanten Vektoren für die Analyse, wie z.B. Impedanz, Widerstand, Reaktanz, Verluste usw.
Beispiel: Vektordiagramm eines Einphasen-Transformators
Betrachten wir einen Einphasen-Transformator mit den folgenden Spezifikationen:
