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Bauteil 155: Transformator

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Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Stromeingang
2	Stromausgang
3	Verluste

Allgemeines     Vorgabewerte     Bauteilphysik     Bauteilform     Beispiel

 

Allgemeines

Bauteil 155 (Transformator) stellt eine elektrische Vorrichtung dar, die verwendet wird, um die Spannung eines ein- oder dreiphasigen Wechselstroms bei konstanter Frequenz zu verändern. Das zugrunde liegende physikalische Modell berücksichtigt die Eisenverluste (die Verluste aufgrund von Wirbelströmen und Hysterese im Kern des Transformators) und die Kupferverluste (Verluste aufgrund des Widerstands in den Wicklungen des Transformators). Mit der Annäherung, dass das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung gleich dem Verhältnis der Wicklungen der beiden Stromkreise ist (d. h. unter Vernachlässigung des Magnetisierungsstroms, was einen gültigen Ansatz für Kraftwerkstransformatoren darstellt) werden der jeweilige Austrittsstrom und der cos phi am Transformatorausgang ermittelt.
Zur Anpassung des Modells an die gemessene Leistung eines spezifischen Transformators kann das physikalische Modell für die Off-Design-Leistung mit einem Korrekturfaktor verfeinert werden, der in einer Kennlinie definiert ist, die auf dem Verhältnis der Scheinleistung unter aktuellen Bedingungen und Auslegungsbedingungen basiert.

Vorgabewerte

FMODE	Schalter für den Berechnungsmodus Auslegung /Teillast Ausdruck =0: GLOBAL (Auslegung)   =1: Lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird) = -1: lokale Auslegung
FVOLT	Schalter für die Spezifikation der Austrittsspannung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Definiert im Vorgabewert U2 =1: extern vorgegeben
U2	Austrittsspannung
EFF	Wirkungsgrad
LFFE	Anteil der Eisenverluste an den Gesamtverlusten
FEFFOD	Schalter für die Berechnung der Verluste im Teillastmodus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: QLOSS = LOSSFE + LOSSCU =1: QLOSS = (LOSSFE + LOSSCU) * CFLOSSES(QAPP/QAPPN)
QAPP1N	Scheinleistung (nominal)
LOSSN	Gesamtverluste (nominal)
LOSSFEN	Eisenverluste (nominal)
COSPHI2N	Leistungsfaktor cos(phi) am Austritt (nominal)

Ergebnisse

RLOAD	Lastfraktion bezogen auf die Scheinleistung
REFF	Berechneter Wirkungsgrad
QLOSS	Berechnete Verluste
LOSSFE	Eisenverluste
LOSSCU	Kupferverluste
QAPP1	Scheinleistung am Stromeingang
QAPP2	Scheinleistung am Stromausgang
QREAL2	Berechnete Wirkleistung (Austrittsleistung)
QREACT2	Berechnete Blindleistung am Stromausgang
COSPHI1	Berechneter cos PHI am Stromeingang
COSPHI2	cos PHI am Stromausgang

 

Bauteilphysik

Im Transformatormodell im Bauteil 155 werden die Spannungen U1 und U2 als konstant und lastunabhängig angenommen. Das Modell ist auch in der Hinsicht vereinfacht, dass es den Magnetisierungsstrom des Transformators vernachlässigt.  Die zu Grunde liegenden Energiebilanzen werden im Abschnitt "Gleichungen" dieses Kapitels gezeigt.

Auslegung

Im Auslegungsmodus muss der Benutzer

Für den Stromeingang in den Transformator werden

Wenn Herstellerdaten verfügbar sind, können  diese direkt in die Nominalwerte

• für Scheinleistung QAPP1N,
• Gesamtverluste LOSSN,
• Eisenverluste LOSSFEN und
• Leistungsfaktor cos(phi) am Austritt COSPHI2N eingetragen werden. 

In diesem Fall muss der Berechnungsmodus FMODE auf den Wert 1:"Lokale Auslegung" gesetzt werden.

 

Teillastberechnung

Die Transformatorverluste setzen sich aus den Eisen- und Kupferverlusten zusammen. Die Eisenverluste werden als konstant und lastunabhängig angenommen, während die Kupferverluste, die durch den Leitungswiderstand in den Kupferwicklungen des Transformators bedingt sind, in einer quadratischen Beziehung zum Eingangsstrom stehen.

Wen die Methode FEFFOD = 1 wird ein zusätzlicher Korrekturfaktor aktiviert, der in der Kennlinie CFLOSSES als Funktion der augenblicklichen Scheinleistung im Verhältnis zur nominalen Scheinleistung definiert werden kann.

Gleichungen

In allen Berechnungsmodi
	Energiebilanz: Q1  = Q2 + QLOSS = Q2 + LOSSFE + LOSSCU Q1 = I1 * U1 * COSPHI1 * SQRT(NPHAS) Q2 = I2 * U2 * COSPHI2 * SQRT(NPHAS)
Auslegung
	Verluste definiert durch Benutzereingaben: LOSSN = (1-EFF )* Q1 LOSSFEN = LFFE * LOSSN LOSSCU = (1 - LFFE) * LOSSN I2 = (Q1 - LOSSN) / (U2 * COSPHI2 * SQRT(NPHAS)) QAPP2 = U2 * I2 * SQRT(NPHAS) I1 = I2 * (U2/U1) + LOSSFE / (U1 * SQRT(NPHAS)) QAPP1N = U1 * I1 COSPHI1 = (U2 * I2 + LOSSFEN) / (QAPP1N * SQRT(NPHAS))
Teillast
	Verluste abhängig von der Scheinleistung und Stromstärke am Transfomatoreingang: LOSSFE = LOSSFEN (konstant) LOSSCU = LOSSCUN * (I1/I1N)^2 QLOSS = (LOSSFE + LOSSCU) * CFLOSSES(QAPP1/QAPP1N); wenn FEFFOD=0 dannCFLOSSES=1 COSPHI1 = (U2*I2 + LOSSFE) / (U1*I1 * SQRT(NPHAS))

 

Kennlinien

Kennlinie 1 (CFLOSSES):  Verlust Korrekturfaktor = f (QAPP1/QAPP1N)

Kennlinie 1:  Leistungsverluste

X-Achse      1          QAPP1/QAPP1N                    1. Punkt                         2          QAPP1/QAPP1N                    2. Punkt                         .                         N         QAPP1/QAPP1N                    letzter Punkt      Y-Achse      1         Verluste Korrekturfaktor (CFLOSSES)            1. Punkt                         2         Verluste Korrekturfaktor (CFLOSSES)            2. Punkt                         .                         N        Verluste Korrekturfaktor (CFLOSSES)            letzter Punkt

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Bauteilform

Ansicht 1

Beispiel

Hier klicken>> Bauteil 155 Demo << um ein Beispiel zu laden.