Wie wählt man die magnetische Flussdichte im Kern von Produkten der Transformatorklasse?

Bei der Auswahl der magnetischen Flussdichte im Kern müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden.

1. Material von Elektroblechen: Bei zu hoher magnetischer Flussdichte steigen Leerlaufstrom und Leerlaufverluste rapide an. Dies liegt an der magnetischen Sättigung von Elektroblechen; der Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss und dem den Fluss erzeugenden Strom ist nicht linear. Mit steigender Spannung nimmt auch die magnetische Flussdichte zu. Erreicht die magnetische Flussdichte einen bestimmten Wert, führt eine weitere Spannungserhöhung nur noch zu minimalen Steigerungen der Sättigungsflussdichte. Daher sollte die magnetische Flussdichte von kaltgewalzten Elektroblechen in ölgekühlten Transformatoren 1.75 T nicht überschreiten und unterhalb des Sättigungspunktes liegen.

2. Betriebseigenschaften: Bei der Auswahl der magnetischen Flussdichte sollten die Eigenschaften des Normal- und Fehlerbetriebs berücksichtigt werden:

a. Normale Betriebsmerkmale: Leistungstransformatoren müssen bei Überschreitung der Spannung um 5 % der entsprechenden Anzapfspannung bzw. bis zu 10 % im Leerlauf dauerhaft mit Nennleistung arbeiten können. Bei Prüftransformatoren und Spannungsreglern muss die Ausgangsspannung sinusförmig sein. Bei Drehstromtransformatoren mit Yym-Wicklung für Hochspannung als Neutralpunkt in einem geerdeten System ist aufgrund der Verschiebung des Neutralpunkts eine Reduzierung der magnetischen Flussdichte erforderlich. Diese Verschiebung führt zu einem Anstieg der Phasenspannung, wenn der Strom in der Niederspannungsachse 25 % des Nennstroms auf der Niederspannungsseite beträgt.

b. Fehlerverhalten: Leistungstransformatoren verfügen im Betrieb über einen Kurzschlussschutz, wobei Kurzschlussströme nur für eine sehr kurze Dauer zulässig sind. Obwohl die magnetische Flussdichte bei einphasiger Erdung um das 1.39- bzw. 1.73-Fache ansteigen kann, kann die Wahl der magnetischen Flussdichte weiterhin auf den normalen Betriebsbedingungen basieren. Bei dreiphasigen Doppelwicklungstransformatoren mit Yyn-Wicklung und einphasigen Dreiwicklungstransformatoren muss die magnetische Flussdichte im Normalbetrieb in der Regel auf 50 % des Sättigungswertes reduziert werden. Bei dreiphasigen Fünf-Säulen-Spannungstransformatoren mit drei Wicklungen muss die magnetische Flussdichte aufgrund der unterschiedlichen Erregungscharakteristiken der einzelnen Phasen zur Vermeidung von Parallelresonanzüberspannungen ebenfalls moderat reduziert werden.

3. Wicklungsanschlussschema: Das Wicklungsanschlussschema beeinflusst die Form des magnetischen Flusses. Bei der Yd-Wicklung bildet der Strom der dritten Harmonischen in der d-förmigen Wicklung eine Schleife, wodurch der magnetische Fluss sinusförmig ist und eine sinusförmige induzierte Spannung entsteht. Bei der Yy-Wicklung bildet der Strom der dritten Harmonischen keine Schleife, sodass der Erregerstrom ebenfalls sinusförmig ist. Aufgrund der Sättigungseigenschaften von Elektroblechen enthält der magnetische Fluss jedoch eine Komponente der dritten Harmonischen. Dies führt zu einer flachen Form des magnetischen Flusses und einer spitzen Form der induzierten Sekundärspannung. Die Yy-Wicklung wird jedoch nur für Dreikernspulen verwendet, bei denen der magnetische Fluss der dritten Harmonischen durch Luft verläuft, was zu einem hohen magnetischen Widerstand führt. Daher ist die Komponente der dritten Harmonischen im magnetischen Fluss nicht signifikant, und der magnetische Fluss bleibt nahezu sinusförmig. Folglich muss die magnetische Flussdichte nicht übermäßig hoch sein. Bei einphasigen Spannungswandlern mit V-förmiger Wicklung, die in ungeerdeten Systemen bis 35 kV eingesetzt werden, existiert im Allgemeinen keine Schleife für den Erregerstrom der dritten Harmonischen. Daher enthält der magnetische Fluss einen magnetischen Fluss der dritten Harmonischen. Um eine sinusförmige Wellenform der sekundär induzierten Spannung zu gewährleisten, sollte die magnetische Flussdichte nicht zu hoch gewählt werden.

4. Temperaturanstieg im Kern: Je höher die magnetische Flussdichte im Normalbetrieb ist, desto höher ist der Temperaturanstieg im Kern. Lässt sich der Temperaturanstieg im Kern auch durch das Hinzufügen von Öl- oder Gaskanälen nicht reduzieren, muss die magnetische Flussdichte im Normalbetrieb verringert werden, um die Anforderungen an die thermischen Eigenschaften zu erfüllen.

5. Leerlaufrauschen: Das Leerlaufrauschen hängt mit der magnetischen Flussdichte zusammen. Eine Reduzierung der magnetischen Flussdichte um 0.1 T kann zu einer Reduzierung des Leerlaufrauschens um etwa 2 bis 3 dB(A) führen.

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