Spartransformator (Spartrafo) sinnvoll bei Spannungsänderungen ≤ 25 % - Auslegung

Frage:
Welche Größen sind für die Auslegung eines Spartransformators zur Spannungsanhebung bzw. -absenkung entscheidend?

Antwort:
Ein Spartransformator besteht aus einer angezapften Spule, bei der Teil G von der Primär- sowie der Sekundärseite gemeinsam benutzt wird. Die Zusatzwicklung Z bewirkt die Spannungsänderung. Die Bemessungsleistung Sn des Spartransformators ermittelt sich wie folgt:
Für die Auslegung des Spartransformators ist lediglich die Typenleistung St  ausschlaggebend. Die Typenleistung und damit der benötigte Eisenkern richtet sich nur nach der Zusatzspannung Uz.

Für den Fall U1> U2 gilt:

• 1-phasig: St = (U1-U2) · I2 = Sn · (1-ü) = Sn · (1-U2/U1)
• 3-phasig: St = (U1-U2) · I2 · Wurzel(3) = Sn · (1-ü) · Wurzel(3) = Sn · (1-U2/U1) · Wurzel(3)

Für den Fall U1< U2 gilt: (Das Übersetzungsverhältnis ü muss kleiner 1 sein)

• 1-phasig: St = (U2-U1) · I2 = Sn · (1-ü) = Sn · (1-U1/U2)
• 3-phasig: St = (U2-U1) · I2 · Wurzel(3) = Sn · (1-ü) · Wurzel(3) = Sn · (1-U1/U2) · Wurzel(3)

Vorteile des Spartransformators:

1. geringere Kosten
2. geringe Baugröße / Gewicht
3. geringe Eisen- und Kupferverluste
4. hoher Wirkungsgrad
Nachteilig ist die leitende Verbindung der beiden Stromkreise (keine galvanische Trennung), weshalb der Spartransformator zur Umwandlung von Hoch- auf Niederspannung und von Nieder- auf Kleinspannung nicht verwendbar ist. Seine Anwendung beschränkt sich sinnvoll auf Spannungsänderungen von ≤ 25 %.

Bei einem Spartransformator im Netzeingang von Frequenzumrichtern kann auf die Verwendung von Netzdrosseln oder Netzfiltern nicht verzichtet werden, da sich bei einer Spannungsanhebung durch den Spartransformator von z. B. 20 % auch die Höhe der Kurzschlussspannung Uk des Trafos auf ca. 20 % reduziert.
Bei einem Trenntrafo könnte hingegen auf den Einsatz von Netzdrosseln oder Netzfiltern verzichtet werden.

Beispiel:
Die Motorspannung eines 30 kW-Motors (IN =56 A) ^*) mit Umrichtereinspeisung soll bei Nennlast noch 400 V betragen. Die Summe der Spannungsverluste im gesamten Antriebsstrang beträgt z. B. 10 % = 40 V. Die Netznennspannung beträgt 400 V (U1).

         U2 = U1 + 10 % = 400 V + 40 V = 440 V
 St  = (U2 - U1) · I2 · Wurzel(3) = (440 V - 400 V) · 56 A · 1,73 = 3,88 kVA

          --> gewählt wird ein Spartrafo mit einer Typenleistung von 5 kVA

*) Zur Vereinfachung wird der Motorstrom mit dem Netzstrom gleich gesetzt.

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