In der Welt der Transformatoren gibt es verschiedene Typen und Funktionen, doch für Laien ist es oft schwierig, die Grenzen zu unterscheidenLeistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Trenntransformatoren, Gleichrichtertransformatoren, Undspezielle Transformatoren. Manchmal überschneiden sich diese Bezeichnungen, teilweise verweisen sie auf völlig unterschiedliche Fachgebiete. Eine Abweichung bei der Auswahl kann unnötige Investitionskosten verursachen und in schwerwiegenden Fällen die Sicherheit der Stromversorgung und die Systemstabilität beeinträchtigen. Was sind also die Hauptunterschiede zwischen diesen fünf Transformatortypen? Was sind ihre jeweiligen Stärken und Schwächen? Auf welche konkreten Anwendungsszenarien sind sie anwendbar?
Beginnen wir mit den beiden grundlegendsten Konzepten: Leistungstransformatoren und Verteilungstransformatoren. Viele Menschen verwechseln die beiden, aber sie erfüllen unterschiedliche Aufgaben im Energiesystem. Unter Leistungstransformatoren versteht man in der Regel große Geräte, die in Übertragungsstrecken oder regionalen Umspannwerken eingesetzt werden, um zwei unterschiedliche Spannungsebenen von Stromnetzen zu verbinden, beispielsweise um die 20-kV-Spannung am Generatorausgang auf 500 kV zu erhöhen und an Ultrahochspannungsleitungen zu senden oder um 220 kV auf 110 kV für den Einsatz in sekundären Stromnetzen zu senken. Die Kapazität solcher Transformatoren ist im Allgemeinen groß und reicht von mehreren Megavoltampere bis über ein Gigavoltampere bei Spannungspegeln von 110 kV, 220 kV, 500 kV und sogar höher. Sie stellen äußerst strenge Anforderungen an die Isolationsfestigkeit, die Kurzschlussimpedanz und den Verlustgrad. Der Vorteil von Leistungstransformatoren besteht darin, dass sie die Übertragung elektrischer Energie mit großer Kapazität über Spannungsebenen hinweg mit minimalem Verlust und Spannungsabfall durchführen können und das Rückgrat des Stromversorgungssystems bilden. Seine Nachteile sind die große Größe, die hohen Kosten, der lange Installationszyklus und die Notwendigkeit spezieller Außenstromumwandlungsanlagen. Verteilungstransformatoren arbeiten am Ende des Verteilungsnetzes, direkt gegenüber den Endverbrauchern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Mittelspannung von 10 kV oder 20 kV auf eine Niederspannung von 400 V zu reduzieren und so Fabriken, Einkaufszentren, Wohngebiete oder ländliche Stromnetze mit Strom zu versorgen. Die Leistung von Verteiltransformatoren ist im Allgemeinen gering und liegt zwischen 30 kVA und 2500 kVA, wobei die Spannungspegel meist unter 35 kV liegen. Seine Vorteile liegen in der großen Menge, der breiten Verteilung, dem relativ einfachen Aufbau und der einfachen Säulen- oder Kasteninstallation, die nahe am Lastschwerpunkt angeordnet werden kann. Der Nachteil besteht darin, dass das Energieeffizienzniveau ungleichmäßig ist und frühe ineffiziente Modelle (wie S9 und niedriger) immer noch in großen Mengen in Betrieb sind, was zu erheblichen Leerlaufverlusten führt. Kurz gesagt sind Leistungstransformatoren für die Übertragung und Umwandlung elektrischer Energie im „Backbone-Netz“ zuständig, während Verteiltransformatoren für die Hausstromversorgung der „Kapillaren“ zuständig sind.
Einen völlig anderen technologischen Weg haben Trenntransformatoren eingeschlagen. Ziel ist es nicht in erster Linie, die Spannung zu verändern - Das Übersetzungsverhältnis von Standard-Trenntransformatoren beträgt in der Regel 1:1, d. h. die Eingangs- und Ausgangsspannung sind gleich. Welche Bedeutung hat seine Existenz? Die Antwort ist elektrische Isolierung und Sicherheitsschutz. Zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Trenntransformators besteht keine direkte Stromkreisverbindung, die Energieübertragung erfolgt ausschließlich über magnetische Kopplung und die Sekundärseite ist ohne Erdung aufgehängt, so dass jeder, der allein mit einem Draht auf der Sekundärseite in Kontakt kommt, keine Stromschleife mit der Erde bildet und somit die Gefahr eines elektrischen Kontakts vollständig ausgeschlossen ist. Darüber hinaus kann die zwischen Primär- und Sekundärseite hinzugefügte Erdungsabschirmungsschicht Gleichtaktstörungen, hochfrequentes Rauschen und Überspannungseinflüsse im Stromnetz wirksam unterdrücken und so eine saubere Stromversorgungsumgebung für Präzisionsgeräte schaffen. Die Vorteile von Trenntransformatoren spiegeln sich hauptsächlich in der Sicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit wider und eignen sich besonders für medizinische Operationssäle (die medizinische IT-Systeme bilden), Rechenzentren, Labore und Schaltschränke für die industrielle Automatisierung. Sein Nachteil liegt im erhöhten Energieverlust (ca. 1-3 %) und den Gerätekosten, und seine Wirtschaftlichkeit für Anwendungen mit großer Kapazität ist nicht so gut wie bei gewöhnlichen Transformatoren. Der Leistungsbereich von Trenntransformatoren ist breit und reicht von kleinen Steuertransformatoren mit mehreren zehn Voltampere bis hin zu industriellen Trenntransformatoren mit Hunderten von Kilovoltampere. Für die reine Sicherheitsisolierung in Hochleistungsanwendungen werden sie jedoch im Allgemeinen nicht empfohlen.
Ein Gleichrichtertransformator ist ein Spezialgerät, das speziell für Gleichstromversorgungssysteme entwickelt wurde. Das Wechselstromnetz überträgt Sinuswellen-Wechselstrom, während Bereiche wie die elektrochemische Elektrolyse, der städtische Schienenverkehr, die Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren und die Hochspannungs-Gleichstromübertragung eine stabile Gleichstromquelle erfordern, die durch einen Gleichrichtertransformator und ein Gleichrichtergerät koordiniert umgewandelt werden muss. Die Aufgabe eines Gleichrichtertransformators besteht nicht nur darin, die Wechselspannung in den für den Gleichrichter erforderlichen Wert umzuwandeln, sondern, was noch wichtiger ist, durch die Phasenverschiebungswicklungskonstruktion mehrere Sekundärspannungen mit unterschiedlichen Phasen zu erzeugen und über eine Gleichrichterbrücke Mehrfachimpuls-Gleichstromausgänge (z. B. 12 Impulse, 24 Impulse und sogar 60 Impulse) zu erzeugen. Der direkte Vorteil dieser Konstruktion besteht in einer erheblichen Reduzierung der in das Netz eingespeisten Oberschwingungsströme und einer Verbesserung des Systemleistungsfaktors. Der Vorteil von Gleichrichtertransformatoren liegt in ihrer Fähigkeit, effiziente und steuerbare Stromversorgungslösungen für Hochleistungs-Gleichstromlasten bereitzustellen und gleichzeitig das Stromqualitätsmanagement zu berücksichtigen. Seine Nachteile sind die komplexe Struktur, der lange Herstellungszyklus und die deutlich höheren Kosten für die Phasenverschiebungswicklung und das Mehrimpuls-Gleichrichtersystem im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren. In anwendbaren Szenarien sind Aluminiumelektrolyse, Chlor-Alkali-Chemieindustrie, Bahntraktion, Stahlwalzgetriebe und HGÜ-Konverterstationen typische Anwendungsbereiche von Gleichrichtertransformatoren.
Spezialtransformatoren sind ein sehr allgemeiner Begriff, der sich auf verschiedene Arten von Transformatoren bezieht, die zusätzlich zu den oben genannten herkömmlichen Typen für bestimmte Industrieumgebungen oder spezielle Funktionen entwickelt wurden. Dazu gehören unter anderem: Elektroofentransformator -, der eine Stromversorgung mit extrem niedriger Spannung (zehn bis hundert Volt) und extrem hoher Stromstärke (zehntausend Ampere) für Elektrolichtbogenöfen und Unterpulveröfen liefert und in der Lage ist, die Spannung unter Last über einen weiten Bereich zu regulieren, um den unterschiedlichen Lastanforderungen verschiedener Schmelzstufen gerecht zu werden; Prüftransformator -, der für die Isolations- und Spannungsfestigkeitsprüfung von elektrischen Hochspannungsgeräten mit Spannungspegeln bis zu mehreren Kilovolt und relativ kleinen Kapazitäten verwendet wird und üblicherweise in ölgefüllten oder aufblasbaren Strukturen zum Einsatz kommt; Der Traktionstransformator - wandelt das drei-Phasenstromnetz in ein-Phasenstrom um, der für das elektrifizierte Eisenbahnkontaktnetz geeignet ist, und verwendet spezielle Verbindungsmethoden wie Scott und Vv, um drei-Phasenlasten auszugleichen; Explosionssicherer Transformator - für den Bergbau, der speziell für explosionsgefährdete Umgebungen wie Kohlebergwerke unter der Erde entwickelt wurde. Das Gehäuse kann internen Explosionen ohne Beschädigung und ohne Entzündung von externem Gas standhalten und bietet ein sehr hohes Sicherheitsniveau. Der Vorteil von Spezialtransformatoren liegt in ihrer unersetzlichen funktionalen Anpassungsfähigkeit, die extremen Arbeitsbedingungen standhält, bei denen gewöhnliche Transformatoren überhaupt nicht funktionieren; Der Nachteil besteht darin, dass die Konstruktions- und Herstellungskosten hoch sind, der Standardisierungsgrad niedrig ist und die meisten von ihnen in Einzel- oder Kleinserien hergestellt werden, was vom Hersteller eine extrem hohe technische Akkumulation und Ingenieurserfahrung erfordert.
Nachdem wir die Eigenschaften dieser fünf Transformatortypen geklärt haben, können wir ihre Einbeziehungsbeziehungen und Grenzen weiter klären. Leistungstransformatoren und Verteilungstransformatoren werden aus der Perspektive der Stromnetzstruktur klassifiziert und gehören beide zur breiten Kategorie der Leistungstransformatoren; Trenntransformatoren, Gleichrichtertransformatoren und verschiedene Spezialtransformatoren überschneiden sich hinsichtlich der Funktionalität oder Anwendungsbereiche mit ersteren. - Beispielsweise kann ein Gleichrichtertransformator auch ein Leistungstransformator sein, wenn er in einem Umspannwerk zur Bereitstellung von Gleichrichterleistung für die Gleichstromübertragung verwendet wird. Ein Trenntransformator kann auch ein Verteiltransformator sein, wenn er auch die Trennfunktion im Verteilerkreis übernimmt. Aus typischer Entwurfsperspektive hat jede Kategorie jedoch ihr eigenes bevorzugtes Szenario, das nicht verwechselt werden kann: Wenn es notwendig ist, ein Übertragungsnetz oder ein regionales Umspannwerk zu bauen, sollten Leistungstransformatoren Vorrang haben; Wenn Wohngebiete oder kleine Industriekunden mit Strom versorgt werden müssen, sind Verteiltransformatoren die wirtschaftlichste Wahl; Wenn in dicht besiedelten Innenräumen oder Präzisionsgeräten strenge Sicherheits- und Störschutzanforderungen gelten, sind Trenntransformatoren eine unverzichtbare Konfiguration; Wenn ein Projekt Tausende von Ampere oder sogar einen größeren Gleichstrom erfordert, sind Gleichrichtertransformatoren der einzig mögliche technische Weg; Bei besonderen Arbeitsbedingungen wie Schmelzen, Testen, Traktion oder Minenexplosionsschutz müssen Spezialtransformatoren zur Unterstützung hinzugezogen werden.
Als Außenhandelsmitarbeiter von Unternehmen, die Transformatoren herstellen, sollten sie den Kunden bei unterschiedlichen Projektanforderungen ausländischer Kunden zunächst dabei helfen, die Ebene des Stromversorgungssystems (Übertragungsnetz, Verteilungsnetz, Endverbraucher), die Lasteigenschaften (Wechselstrom oder Gleichstrom, stationärer Zustand oder Stoß, ob es nichtlineare Komponenten enthält), die Empfindlichkeit gegenüber Sicherheit und elektromagnetischer Umgebung sowie die Frage, ob in der Umgebung vor Ort besondere Bedingungen wie Explosion, hohe Temperatur und Staub herrschen, zu klären. Nur wenn wir diese Fragen einzeln klären, können wir aus den fünf Arten von Strom-, Verteilungs-, Isolations-, Gleichrichtungs- und Spezialtransformatoren das Produkt auswählen, das wirklich den Projektanforderungen entspricht. Betrachtet man den gesamten Energieausrüstungsmarkt, gibt es keinen Transformator, der die Welt dominieren kann - Gerade aufgrund dieser differenzierten Konstruktionen kann das riesige Stromnetz der modernen Gesellschaft sicher, effizient und stabil funktionieren.
