Transformator-Prüfung: Leerlauf- und Kurzschlussversuch erklärt

Leerlauf- (Off-Circuit) und Kurzschlussversuch (Short-Circuit) am Transformator

Im Ersatzschaltbild eines Transformators gibt es vier Hauptparameter:

Äquivalenter Widerstand (R₀₁)
Äquivalente Reaktanz (X₀₁)
Eisenverlustwiderstand (R₀)
Magnetisierungsreaktanz (X₀)

Leerlauf- und Kurzschlussversuch ermitteln diese Parameter, die Spannungsregelung und den Wirkungsgrad – ohne echte Belastung (indirektes Prüfverfahren). Sie sind genauer und wirtschaftlicher (geringer Energieverbrauch) als der direkte Volllastversuch.

Leerlaufversuch (No-Load Test)

Ziel: Eisenverluste (Kernverluste), Leerlaufstrom I₀ und Leerlauf-Parameter R₀, X₀ bestimmen. Meist an der Niederspannungswicklung durchgeführt, da hohe Spannungen im Labor schwer bereitzustellen sind und der Hochspannungs-Strom sehr klein (messunsicher) wäre.

Transformator-Prüfung: Leerlauf- und Kurzschlussversuch erklärt

Primärwicklung (Niederspannung) wird mit Nennspannung und -frequenz gespeist (meist Einphasen-Netz über Variac). Sekundärwicklung bleibt offen. In der Primärschaltung: Voltmeter V₀, Amperemeter I₀, Wattmeter W₀.

Sekundärstrom = 0, keine Last → Primärstrom = Leerlaufstrom I₀ (gemessen mit Amperemeter).

Nennspannung erzeugt normales Flußbild im Kern (gleich für alle Lastfälle). Eisenverluste hängen nur von Spannung und Frequenz ab → hier gleich wie im Nennbetrieb.

Leerlaufstrom (2–5 % von I_N) deckt Eisenverluste und winzige Kupferverluste in der Primärwicklung. Kupferverluste vernachlässigbar → Wattmeter W₀ zeigt Eisenverluste P_i an.

Messwerte:

Amperemeter: Leerlaufstrom I₀
Voltmeter: Nennspannung V₁
Wattmeter: Eisenverlust P_i

Beobachtungstabelle Leerlauf

V₁ (V)	I₀ (A)	P_i (W)
…	…	…

Leerlauf-Parameter berechnen

Leerlaufleistung: W₀ = V₁·I₀·cos φ₀ = P_i

Wirkstromanteil: I_W = I₀·cos φ₀

Blindstromanteil (magnetisierend): I_M = I₀·sin φ₀

Leerlaufwiderstand: R₀ = V₁ / I_W

Leerlaufreaktanz: X₀ = V₁ / I_M

Kurzschlussversuch (Short-Circuit / On-Load Test)

Wird an der Hochspannungsseite durchgeführt; Niederspannungsseite kurzgeschlossen. Auf Niederspannungsseite wäre die Prüfspannung (5–7 % von U_N) zu klein für genaue Messung; auf Hochspannungsseite ist sie gut einstellbar.

Niederspannungswicklung wird kurzgeschlossen (dicke Leitung oder Amperemeter für Nennstrom). Hochspannungsseite: Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter. Primär = Hochspannung, Sekundär = Niederspannung.

Variable Spannungsquelle an Primär; Spannung so lange steigern, bis Nennprimärstrom fließt. Dann fließt durch Transformatorwirkung auch Nennsekundärstrom.

Amperemeter (HV) misst I_SC (Nennprimärstrom). Voltmeter misst V_SC (ca. 5–10 % von U_N). Durch niedrige Spannung ist der Fluß sehr klein → Eisenverluste vernachlässigbar (∝ Φ²).

Flussender Nennstrom → Kupferverluste = Nennlast-Kupferverluste. Wattmeter W_SC zeigt P_Cu an.

Sekundärspannung = 0 → gesamte Primärspannung fällt am Gesamtimpedanz (auf Primärseite bezogen) ab.