Scott-T-Transformator-Schaltung

Definition: Die Scott-T-Verbindung ist eine Technik zur Verkettung von zwei Einphasen-Transformator, um eine 3-Phasen- zu 2-Phasen-Umwandlung und umgekehrt zu ermöglichen. Die beiden Transformator sind elektrisch verbunden, aber magnetisch unabhängig voneinander. Einer der Transformator wird als Haupttransformator bezeichnet, während der andere als Hilfs- oder Teaser-Transformator bezeichnet wird.

Die folgende Abbildung zeigt die Scott-T-Transformatorverbindung:

• Der Haupttransformator verfügt über einen Mittelkontakt am Punkt D und ist an den Leitungen B und C auf der 3-Phasenseite angeschlossen. Seine Primärwicklung ist mit BC und seine Sekundärwicklung mit a₁a₂ bezeichnet.

• Der Teaser-Transformator ist zwischen dem Linienanschluss A und dem Mittelkontakt D angeschlossen. Seine Primärwicklung ist mit AD und seine Sekundärwicklung mit b₁b₂ bezeichnet.

Für die Scott-T-Verbindung werden identische und austauschbare Transformator verwendet, die jeweils eine Primärwicklung mit Tp Windungen und Anzapfungen bei 0,289Tp, 0,5Tp und 0,866Tp aufweisen.

Phasor-Diagramm des Scott-Transformators

Die Leitungsspannungen des ausgeglichenen 3-Phasensystems - VAB, VBC und VCA - werden in der folgenden Abbildung als geschlossenes gleichseitiges Dreieck dargestellt. Das Diagramm zeigt auch die Primärwicklungen des Haupt- und des Teaser-Transformators.

Der Punkt D teilt die Primärwicklung BC des Haupttransformators in zwei gleiche Hälften. Folglich entspricht die Anzahl der Windungen im BD-Abschnitt der Anzahl der Windungen im DC-Abschnitt, beide betragen Tp/2. Die Spannungen VBD und VDC sind in Betrag und Phase mit der Spannung VBC gleich.

Die Spannung zwischen A und D beträgt

Der Teaser-Transformator hat eine Primärspannungsbewertung von √3/2 (d.h. 0,866) mal der des Haupttransformators. Wenn die Spannung VAD an der Primärwicklung des Teaser-Transformators angelegt wird, führt seine Sekundärspannung V2t die Sekundärterminalspannung V2m des Haupttransformators um 90 Grad, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Um die gleiche Spannung pro Windung in den Primärwicklungen sowohl des Haupt- als auch des Teaser-Transformators zu gewährleisten, muss die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung des Teaser-Transformators √3/2 Tp betragen.

Folglich haben die Sekundärwicklungen beider Transformator die gleiche Spannungsbewertung. Die Sekundärspannungen V2t und V2m sind in Betrag gleich, aber um 90° in Phase getrennt, wodurch ein ausgeglichenes 2-Phasensystem erzeugt wird.

Position des Neutralpunkts N

Die Primärwicklungen der beiden Transformator können eine Vierleiterverbindung zu einer 3-Phasenversorgung bilden, wenn ein Anzapfung N an der Primärwicklung des Teaser-Transformators vorgesehen ist, sodass:

• Die Spannung zwischen AN, bezeichnet als VAN, der Phasenspannung entspricht, d.h. VAN = Vl/√3.

Die gleiche Spannungswendung in den Abschnitten AN, ND und AD wird durch die Gleichungen gezeigt,

Die obige Gleichung zeigt, dass der Neutralpunkt N die Primärwicklung des Teaser-Transformators im Verhältnis AN : ND = 2 : 1 teilt.

Anwendungen der Scott-T-Verbindung

Die Scott-T-Verbindung findet praktische Anwendung in den folgenden Szenarien:

• Elektroofenanlagen: Sie ermöglicht den Parallelbetrieb von zwei Einphasenöfen, wobei ein ausgewogenes Lastprofil von einer dreiphasigen Versorgung abgerufen wird, was eine effiziente Stromverteilung und Systemstabilität sicherstellt.

• Einphasen-Lastmanagement: Wird häufig in elektrifizierten Bahnsystemen (z.B. Elektrozüge) eingesetzt, wo Einphasenlasten so gesteuert werden, dass nahezu gleiche Belastungen auf alle drei Phasen der Versorgung verteilt werden, wodurch Ungleichgewichte minimiert und die Netzleistung optimiert werden.

• Phasenumwandlung zwischen Systemen: Ermöglicht bidirektionale Stromflüsse zwischen dreiphasigen und zweiphasigen Systemen. Obwohl eine Umwandlung in beide Richtungen möglich ist, konzentrieren sich praktische Anwendungen hauptsächlich auf die Umwandlung von dreiphasig zu zweiphasig, da zweiphasige Generatoren in modernen Energiesystemen selten verwendet werden.