Neues Forschungsprojekt gestartet: Smarte Transformatoren für den industriellen Maschinenbau der Zukunft?

Transformatoren gehören zu den wichtigsten Bausteinen in der Stromversorgung von Anlagen, Maschinen und Geräten. Das neue Forschungsprojekt „STIM - Smarte Transformatoren als Stromversorgung der Zukunft für den industriellen Maschinenbau“ untersucht, inwiefern klassische Transformatoren auf der Maschinenseite zukünftig ersetzt werden können.

Der Transformator (Trafo) ist eines der Kernelemente von Wechselspannungsnetzen. Mit ihm werden Spannungen zwischen Versorgungsnetz und Verbrauchernetz angepasst. Außerdem isoliert er die Netze gegeneinander.
Da der Transformator immer am Netz ist, verbraucht er die ganze Zeit Energie. Ein beträchtlicher Anteil der erzeugten elektrischen Energie geht daher in Transformatoren verloren. Daher sind gute Wirkungsgrade und geringe Eigenverluste von Transformatoren besonders wichtig, um ein energieeffizientes elektrisches Netz zu erreichen. Die technischen Möglichkeiten, die Eigenverluste von Transformatoren weiter zu reduzieren, sind allerdings sehr begrenzt. Es ist daher ein alternativer Ansatz notwendig, der mit Hilfe von Leistungselektronik erreicht werden kann. Ein Anwendungsfeld sind Niederspannungs-Trenntransformatoren.

Um im industriellen Maschinenbau Anlagen weltweit installieren und betreiben zu können, werden heute klassische Niederspannungstrenntransformatoren zur Erzeugung eines definierten Stromversorgungsnetzes auf der Maschinenseite eingesetzt. Dieser Einsatz bringt einen gravierenden Nachteil mit: Das jeweilige Maschinensystem ist starr, jegliche Ein- oder Ausgangsspannung muss über einen weiteren Transformator oder einen sogenannten Abgriff geregelt werden. Um diesen Nachteil auszugleichen, arbeiten die Projektbeteiligten an Ressourceneinsparungen und einer technischen Verbesserung. „Wenn die Baugröße der induktiven Wickelgüter des Trafos und die Kondensatoren deutlich reduziert werden, hat dies einen geringeren Kupfer- und Aluminiumverbrauch zur Folge. Diese Einsparung führt wiederum zu deutlichen Kosteneinsparungen und einer Effizienzsteigerung bei der Nutzung eines Trafos.“, sagt Artur Mambetow, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt. „Der frei gewordene Raum im Trafo könnte außerdem anderweitig genutzt werden, beispielsweise für digitale Zusatzservices.“

Neben dem ressourcenbedingten Einsparpotential weisen im industriellen Maschinenbau genutzte Transformatoren ein weiteres Defizit auf. „Klassischen Transformatoren fehlt ein Weitbereichseingang, der zu einer geringeren Typenvielfalt, einem reduzierten Verdrahtungsaufwand und einer geminderten Anzahl an Verdrahtungsfehlern führen würde. Mit einem Weitbereichseingang könnte demnach die Ausfallzeit einer Anlage deutlich reduziert werden“, führt Projektleiter Professor Holger Borcherding aus. „Ein weiteres Projektziel ist es daher, nachzuweisen, dass mit einem elektronischen Trafo beliebig viele Abgriffe realisiert und durch den Abgriff an der Zwischenkreisspannung sogar Gleichrichter folgender Wechselrichter eingespart werden können.“

Die Pressemitteilung können Sie im Folgenden herunterladen: