Sumpner-Versuch (Rückwärtsversuch): Transformator-Wirkungsgrad, Spannungsregelung & Erwärmung

Sumpner-Versuch (Back-to-Back-Test) am Transformator für Wirkungsgrad, Spannungsregelung & Erwärmung

Leerlauf- und Kurzschlussversuch liefern Ersatzschaltbild-Parameter. Damit lässt sich jedoch keine Temperaturerhöhung bestimmen, da der Transformator nie gleichzeitig Eisen- und Kupferverluste erfährt. Der Sumpner-Versuch löst dieses Problem.

Der Sumpner-Versuch (auch Rückwärtsversuch oder Wärmeversuch genannt) bestimmt Wirkungsgrad, Spannungsregelung und Erwärmung unter Last – ohne echte Last anzuschließen. Für kleine Transformatoren ist Volllast machbar; bei großen Geräten unpraktikabel. Der Sumpner-Versuch liefert präzisere Ergebnisse als Leerlauf-/Kurzschlussversuch.

Aufbau des Sumpner-Versuchs

Es werden zwei baugleiche Einphasentransformatoren gleicher Nennwerte benötigt. Der Versuchsaufbau:

Die Primärwicklungen beider Transformatoren (T1, T2) sind parallel an Nennspannung und -frequenz angeschlossen. Eingangsseitig: Amperemeter A1, Voltmeter V1, Wattmeter W1.

Die Sekundärwicklungen sind in Reihe gegensinnig (entgegen gesetzter Polarität) geschaltet. Voltmeter V2 zwischen den freien Enden prüft die Polarity: Zeigt V2 0 V, sind sie gegensinnig richtig verschaltet (Messbereich V2 = 2× Nennsekundärspannung). Zeigt V2 das Doppelte der Nennspannung, sind sie gleichsinnig – dann A mit C und B mit D verbinden.

Bei angelegter Nennspannung an den Primärwicklungen ist die Gesamtsekundärspannung null → Sekundärstrom null. W1 misst somit die Eisenverluste beider Transformatoren (2·P_i).

Nun wird über einen Reglertransformator T_R (gespeist vom Hauptnetz) eine niedrige Spannung (ca. 5–10 % der Nennspannung) an die Sekundäranschlüsse gelegt. Amperemeter A2 auf der Sekundärseite misst den Strom. Die Spannung wird so lange erhöht, bis A2 den Nennsekundärstrom anzeigt. Durch Transformatorwirkung fließt nun auch Nennprimärstrom (grüner gepunkteter Pfad im Schaltbild) – der Transformator verhält sich wie unter Volllast. W2 misst die Kupferverluste bei Volllast beider Transformatoren (2·P_Cu).

Messwerte

• A1 = Leerlaufstrom = 2·I₀
• V1 = Anliegende Nennspannung (Primär)
• W1 = Eisenverluste beider Transformatoren = 2·P_i
• A2 = Nennsekundärstrom beider Transformatoren = 2·I₂
• V2 = Gesamtspannung über der Reihenschaltung der Sekundärwicklungen
• W2 = Kupferverluste bei Volllast beider Transformatoren = 2·P_Cu

Beobachtungstabelle

I1 (A)	V1 (V)	W1 (W)	I2 (A)	V2 (V)	W2 (W)
…	…	…	…	…	…

Verlustberechnung

Da beide Transformatoren baugleich sind, teilt man die Wattmeterwerte durch 2:

Wirkungsgradberechnung

Ersatzschaltbild-Parameter

Äquivalenter Widerstand und Reaktanz (bezogen auf Sekundärseite) aus den Messwerten:

R_S = Äquivalenter Widerstand auf Sekundärseite.

Spannungsfall je Transformator:

Daraus folgt:

Temperaturerhöhung (Wärmelauf)

Der Sumpner-Versuch ermöglicht die Bestimmung der Temperaturerhöhung (Öl und Wicklung) über lange Dauer (36–48 h). Damit wird die thermische Belastbarkeit unter Volllastbedingungen geprüft. Daher auch die Bezeichnung Wärmelaufversuch (Heat Run Test).

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Großtransformatoren prüfbar ohne echte Last.
• Leistungsaufwand minimal (nur Verluste beider Transformatoren).
• Ermittelt Kupferverlust, Eisenverlust, Temperaturerhöhung, Ersatzparameter, Wirkungsgrad.

Nachteil

Zwei baugleiche Transformatoren sind zwingend erforderlich.