Was ist das Übersetzungsverhältnis ？

Das Übersetzungsverhältnis eines Transformators bezieht sich auf das Spannungsverhältnis zwischen der Hochspannungswicklung (HV) und der Niederspannungswicklung (LV). Insbesondere stellt es das Verhältnis der Nennspannung auf der Primärseite (typischerweise als Hochspannungs- oder Eingangsseite bezeichnet) zur Nennspannung auf der Sekundärseite (allgemein als Niederspannungs- oder Ausgangsseite identifiziert) dar.

Mathematisch kann das Übersetzungsverhältnis (K) eines Transformators ausgedrückt werden als:

K = Nennspannung auf der Hochspannungsseite / Nennspannung auf der Niederspannungsseite

Wie berechnet man das Übersetzungsverhältnis eines Transformators?

Es gibt mehrere Berechnungsmethoden für das Übersetzungsverhältnis von Transformatoren:

1. Berechnung des Windungsverhältnisses über Primär- zu Sekundärspulenwindungen:

Formel: Übersetzungsverhältnis = Primärspulenwindungen ÷ Sekundärspulenwindungen

Beispiel: Wenn ein Transformator 1.000 Windungen in seiner Primärspule und 2.000 Windungen in seiner Sekundärspule hat, beträgt das Übersetzungsverhältnis 1:2.

2. Berechnung des Übersetzungsverhältnisses über Eingangs- und Ausgangsspannungen:

Formel: Spannungsverhältnis = Primärspannung ÷ Sekundärspannung

Beispiel: Wenn ein Transformator eine Primärspannung von 220V und eine Sekundärspannung von 110 V hat, beträgt das Spannungsverhältnis 2:1.

3. Berechnung des Übersetzungsverhältnisses über die Nennleistung des Transformators:

Formel: Übersetzungsverhältnis = Wurzelzeichen (Nennleistung des Transformators x Eingangsspannung) ÷ Ausgangsspannung

Beispiel: Wenn ein Transformator eine Nennleistung von 1.000 VA, eine Eingangsspannung von 220 V und eine Ausgangsspannung von 110 V hat, beträgt das Übersetzungsverhältnis 2:1.

4. Beziehung zwischen Windungszahlverhältnis und Spannungsverhältnis

Die induzierte elektromotorische Kraft (EMK) in der Primärwicklung (Eingangsseite) und Sekundärwicklung (Ausgangsseite) eines Transformators ist direkt proportional zur Anzahl der Windungen in jeder Wicklung. Daher entspricht das Verhältnis der Eingangsspannung auf der Primärseite zur Ausgangsspannung auf der Sekundärseite dem Windungszahlverhältnis.

Die Auswirkung des Transformatorverhältnisses auf das Stromversorgungssystem

1. Spannungsstabilität

Änderungen des Transformatorverhältnisses beeinflussen direkt die Spannungsstabilität von Stromversorgungssystemen. Insbesondere führt ein erhöhtes Übersetzungsverhältnis zu einem Spannungsanstieg, während ein verringertes Verhältnis einen Spannungsabfall verursacht. In praktischen Betriebsbedingungen muss die Variationsgröße des Übersetzungsverhältnisses präzise reguliert werden, um sicherzustellen, dass die Systemspannungsstabilität innerhalb akzeptabler Grenzen bleibt.

2. Leistungsübertragungskapazität

Transformatorverhältnisanpassungen beeinflussen auch die Leistungsübertragungsfähigkeit des Systems. Ein reduziertes Übersetzungsverhältnis verringert den Nennstrom des Transformators und kann möglicherweise die Lastkapazität senken. Gleichzeitig wird die Blindleistung im System durch Verhältnisänderungen beeinflusst. Folglich müssen die Auswirkungen auf die Leistungsübertragungskapazität während Verhältnisanpassungen gründlich bewertet werden.

3. Sicherheitsrisiken

Transformatoren in Stromversorgungssystemen verwenden typischerweise lamellierte Kerne für die Wicklungskonstruktion. Eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfordert eine Neuanpassung des gesamten magnetischen Flusses des Kerns. Unsachgemäße technische Ausführung kann zu einer Kernüberflutung führen und Sicherheitsrisiken wie Isolationsversagen oder Geräteüberhitzung verursachen.

4. Auswirkungen auf spezielle Betriebsszenarien

In bestimmten Szenarien (z.B. Stromversorgungssystemtests und Wartung während der Bauphase) kann es notwendig sein, das Transformatorverhältnis zu ändern, um die Systemleistung zu optimieren. Solche Änderungen erfordern jedoch eine strenge Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Gesamtstabilität und Betriebssicherheit des Stromversorgungssystems.

Das Übersetzungsverhältnis muss gemäß Netzspannungsniveaus, Lastvariationsmustern und wirtschaftlichen Betriebsanforderungen ausgewählt werden. Als kritischer Parameter in der Stromnetzauslegung, im Betrieb und im Schutz wirkt sich die rationelle Konfiguration des Transformatorverhältnisses direkt auf die Spannungsstabilität, die Energieeffizienzoptimierung und die Gerätesicherheit aus. Anpassungen des Übersetzungsverhältnisses erfordern eine umfassende Berücksichtigung der Netz-Topologie, der Lastcharakteristiken und der wirtschaftlichen Fahrplaneinschränkungen, um potenzielle Risiken wie Umlaufströme und Spannungskollaps zu mindern.