70393582-transformatoare-electrice

7/30/2019 70393582-transformatoare-electrice

1/22

CAP.6. TRANSFORMATOARE ELECTRICE

6.1 Generaliti

Transformatorul electric este un aparat static, care transform,prin inducie electromagnetic, energie electric dintr-un circuit n

energie electric n alt circuit, ns cu ali parametri. Transformatoarele acror funcionare se bazeaz pe fenomenul induciei electromagnetice seutilizeaz numai n curent alternativ. Exist ns i transformatoare decurent continuu a cror funcionare este diferit, utilizarea lor fiind mairestrns.Reprezentarea schematic a unui transformator este dat n fig.6.1.1. n

principiu, un transformator este format dintr-un miez feromagnetic pecare se afl un bobinaj

compus din dounfurri, nfurareaprimar, cu N1 spir, careprimete energia electricla o tensiune U1 infurarea secundar, cu

N2 spire, la care se leagreceptorul de energie deimpledan Z. nfurarea

supus la o tensiune maimare se numete nfurare de nalt tensiune. nfurarea supus la otensiune mai mic se numete nfurare de joas tensiune.

Dac nfurarea de nalt tensiune este legat la sursa de energie,atunci transformatorul este cobortor de tensiune, n caz contrartransformatorul este ridictor de tensiune.

Transformatorul permite s se transforme parametrii energieielectrice din primar ( tensiune, curent ), obinndu-se n secundar

parametrii necesari receptorului. n cele ce urmeaz toate mrimile

K1

ZU1 U2

I1

I2

K2


2/22

referitoare la primar se vor nota cu indicele 1 ( de exemplu: U1, I1, P1, N1,E1 etc.), iar cele referitoare la secundar cu indicele 3.

Clasificare transformatoarelor se poate face dup mai multecriterii:

- n funcie de numrul de faze transformatoarele pot fi monofazate itrifazate;- dup numrul nfurtor plasate pe miez, transformatoarele pot fi cudou sau mai multe nfurri ( de exemplu: cu mai multe nfurrisecundare);- dup puterea electric putem avea transformatoare de putere ( sau defor ), care n general sunt ntrebuinate n transportul i distribuiaenergiei electrice i instalaiile de utilizare a energiei electrice i care sunt

de o mare diversitate constructiv, n funcie de rolul concret pe caretrebuie s-l ndeplineasc. Astfel se construiesc:- transformatoare utilizate pentru acionri electrice;- transformatoare pentru cuptoare electrice;- transformatoare pentru protecia muncii;- transformatoare pentru sudur;- transformatoare de msur;- transformatoare pentru redresare;- transformatoare pentru circuite electronice ( care la rndul lor

pot fi foarte diverse n funcie de construcie, destinaie, frecvenatensiunii de alimentare, performanele impuse etc.).

6.2.Transformatoare monofazate6.2.1. Elementele constructive de baz ale transformatoruluimonofazat

Transformatorul electric monofazat are urmtoarele elemente

constructive de baz:- miezul feromagnetic;- nfurarea primar, respectiv secundar.

Miezul feromagnetic servete pentru nchiderea liniilor de cmpmagnetic i este construit din tole de oel electrotehnic aliat cu siliciu( aproximativ 4% ), cu o rosime de 0,35mm sau 0,5mm, izolate ntre elecu lac sau un strat de oxid. Utilizarea tolelor silicioase duce la micorarea

pierderilor de energie prin cureni turbinari i celor datorate fenomenului

de histerezis. La trensformatoarele de nalt frecven, miezul este


3/22

construit din materiale speciale ( ca de exemplu ferita ), care au pierderimici la frecvene ridicate.

Forma miezului poate fi cu coloane i n manta. Pentrutransformatoarele de putere aparent sub 500 VA, tola se taie n general

dintr-o dat cu ajutorul unei prese ( prin tanare ), realizndu-se fie unmiez cu coloane (fig.6.2.1), fie un miez n manta (fig.6.2.2 i 6.2.3).Pentru introducerea nfurrilor se realizeaz o tietur, care trebuie salterneze.

La transformatorul n manta exist dou ferestre, iar nfurrilese aeaz pe miezul median.

Pentru miezul din fig.6.2.3, care este compus din dou pri: unE(1) i un I(2), aezarea tolelor trebuie s se fac de asemeni n aa felnct spaiile libere de la mbinarea tolelor (3) s alterneze.

Strngerea tolelor la asemenea transformatoare se realizeaz prinnituire, iar seciunea transversal a coloanelor este un ptrat sau undreptunghi.

La transformatoarele de putere mai mare, pentru a se realiza outilizare raional a tolelor, coloanele (1) i jugurile (2) se taie cu o

foarfec. Acest lucru uureaz i intoducerea nfurrilor i realizareamiezului ( fig.6.2.4 i 6.2.5 ). Rndurile de tole I, III, V, ... alterneaz curndurile de tole II, IV, VI, ... Strngerea tolelor n pachet se realizeaz

prin buloane, izolate fa de tole i aibe nemagnetice de presare.Seciunea transversal a miezului, pentru a se asigura nscrierea n care,n scopul micorrii spaiilor libere ntre carcasa bobinei i tole, serealizeaz sub form de cruce sau n trepte, ca n fig.6.2.6.

1

Fig.6.2.1 Fig.6.2.2 Fig.6.2.3

2

1 1

2

11

2

111

3


4/22

nfurrile transformatorului monofazat se execut n douforme: fie concentrice, fie alternate.

nfurrile concentrice sunt n general nfurri cilindrice

coaxiale, nfurarea de joastensiune aezndu-se n apropiereamiezului, iar cea de nalt tensiunenconjurnd pe cea mai joastensiune (fig.6.2.7a). nfurrilealternate se execut n aa fel nct

pe nlimea unei coloane alterneazpri ( bobine ) ale nfurrii de joas tensiune cu pri ( bobine ) denalt tensiune (fig.6.2.7b). nfurrile primar i secundar se execut

din spire circularerealizate dinconductoare decupru sau aluminiuizolate ( emailatesau izolate cu firede bumbac ).nfurrile,

primar isecundar, suntizolate ntre ele

prin zone de aersau straturi izolatoare din diferite materiale (carton electrotehnic, novolitetc.), precum i fa de miezul feromagnetic.n cazul transformatoarelorde mic putere, nfurrile snt, n general, concentrice, dat fiindtehnologia mai simpl.

n afar de elemente constructive de baz, la transformatoarele de

putere, la care pierderile de energie sunt mari i deci trebuie s se asigureo rcire bun, miezul feromagnetic cu nfurrile transformatorului se

V V V V V V

Fig.6.2.4 Fig.6.2.5

Fig.6.2.6

Infasurare deinalta tensiune

Infasurarede joasatensiune

Materializolant

a b

Fig.6.2.7


5/22

introduc ntr-o cuv umplut cu ulei izolant, numit ulei de transformator (construcie utilizat curent n scara 3-1000 kVA). n cazultransformatoarelor de putere foarte mare ( peste 1 MVA), ntruct rcireanu poate fi asigurat de o circulaie natural a uleiului din cuv, se

asigur o rcire artificial n exterior, cu aer sau cu circulaia si rcire auleiului.

Cuva transformatoarelor n ulei se realizeaz din tabl de oel.Pereii laterali ai cuvei sunt formai din tabl ondulat sau evi pe prilefrontale, n scopul mririi suprafeei de rcire.

Uleiul din cuv joac un rol important att prin calitileizolatoare mult mai bune dect ale aerului, ct i prin mbuntirea rciriinfurrilor. Pentru asigurarea umplerii cuvei cu ulei, pe capacul cuvei

se afl un vas cilindric, numit conservator umplit tot cu ulei, care preia ivariaiile de volum ale uleiului datorate temperaturii de funcionare.Pe capacul cuvei se fixeaz i izolatoarele de trecere a

conductoarelor, care stabilesc legtura ntre nfurrile transformatoruluii reeaua exterioar. De obicei izolatoarele sunt din porelan i audimensiuni i forma care depind de tensiunea de funcionare a nfurrii

pe care o deservesc.Reprezentarea simbolic a transformatorului monofazat este dat

n fig.6.2.8 a i 6.2.8b.

6.2.2. Principiul de funcionare altransformatorului monofazat

Funcionarea transformatorului sebazeaz pe fenomenul inducieielectromagnetice. La trecerea curentului I1

prin nfurarea primar ( fig.6.1.1 ), se va forma un cmp magnetic

alternativ a crui linii de cmp se vor nchide prin miezul feromagnetic,intersectnd att spirele primarului ct i ale secundarului. n nfurarea

primar se va induce o t.e.m. de autoinducie, iar n cea secundar ot.e.m. de inducie mutual. Valorile instantanee ale acestor t.e.m., vor fi:

1 1

de N

dt

= i 2 2 de Ndt

= unde reprezint valoarea instantanee a fluxului magnetic. Considernd=msin t ( fluxul proporional cu curentul din primar ), rezult :

e1 = - N1mcos t = N1msin(t - 2)

baFig.6.2.8


6/22

i e2 = N2m sin( t -2

)

Simbolic :

E1 = E1 e j 2

; E2 = E2 e- j 2

E1 i E2fiind valorile efective, date de relaia :

E1 =2

1 mN = 4,44 N1 f m i

E2 = 4,44 N2 f m

Se observ c t.e.m. E1 i E2 sunt defazate n urm cu2

fa de

fluxul magnetic.Dac se face raportul 21 EE , se obine :

2

1

E

E=

2

1

N

N= K

Acest raport se numete raport de nfurare. Dac K1 transformatorul

este cobort de tensiune, iar dac K

1, transformatorul este ridictor de

tensiune.Un transformator poate funciona n urmatoarele situaii :

- n general , atunci cnd circuitul secundarului este deschis- n sarcin , atunci cnd circuitul secundarului este deschis i deci

t.e.m. E2 creaz curentul I2- n scurtcircuit , atunci cnd secundarul este scurtcircuitat ,

primarului aplicnd-i-se o tensiune micorat.

6.2.3 Funcionarea transformatorului monofaz fr pierderi

Un transformator la care pierderile de energie n miezulferomagnetic i n cuprul nfurrilor se regleaz este considerat ca fiindideal. La un asemenea transformator se consider c rezistena chimic anfurrilor se neglijeaz i c toate liniile de cmp magnetic se deschidnumai prin miezul feromagnetic (n o paret din linii se deschid n aerconstituind fluxul de scpri magnetice).

Aplicnd teorema a-III-a lui Kirchhoff circuitului primar, rezult :


7/22

1U + 1E = 0 sau 1U = - 1E

Adic t.e.m. E1 este n opoziie de faz cu tensiunea aplicat primaruluiU1.

La secundar se remarc faptul c t.e.m. E2 este egal i n faz cutensiunea de la bornele U2, adic :

U2 = E2La un transformator ideal , vom avea deci :

K =2

1

E

E=

2

1

U

U

i P1 = P2 sau U1I1 cos 1= U2I2 cos 2 .ns cos 1= cos 2 , deoarece pierderile de energie sunt

neglijabile i deci:U1I1 = U2I2 sau

2

1

U

U=

1

2

I

I=

2

1

E

E=K

Dac se aplic teorema a-II-a a lui kirchhoff circuitului magnetical transformatorului, se obine relaia :

N1 1I + N2 2

I=

Produsul reprezint o constant, deoarece rezultanadepinde numai de elementele constructive ale miezului i deci este

constant, iar fluxul magnetic , care depinde de tensiunea aplicatprimarului U1este deasemeni constant. Pentru determinarea constantei , considerm c transformatorulfuncioneaz n gol (I2=0) i deci :

N1 eI1 =

Rezult:

N1 1I

+N2 2I

=N1 eI1 sau 1I +

K

I2

= eI1

Notnd :

K

I2 = 2I vom avea :

1

I = 10I - 2I (6.2.1)Diagramele de fazori pentru funcionarea n gol i n sarcin a unui

transformator ideal sunt reprezentate n fig. 6.2.9 i fig. 6.2.10. Curentulla mare n gol 10I , este dat de relaia:

10I = 1

1

jL

U


8/22

unde L1 este inductivitatea proprie a primarului . Fiind un curent inductiv(rezistena chimic a primarului este considerat zero) , 10I este defazat

n urm cu 2 fa de tensiunea aplicat primarului U1. La funcionarean gol , transformatorul ideal poate fi considerat ca o bobin cu miez efier la care pierderile n fier i n cupru sunt neglijabile i deci 10I va fiun curent de magnetizare.La funcionarea n sarcin, fazorului 1I s-a obinut fcndu-se diferena

10I - 2I (relaia 5.8.4). Curentul 10I fiind foarte mic fa de 2I , seneglijeaz i deci vom avea :

N1 1I

+N2 2I = 0 sau

2

1

N

N= -

1

2

I

I

innd cont c 21 NN =K , se poate scrie :

2

1

U

U=

2

1

E

E=

2

1

N

N=

1

2

I

I= K (6.2.2)

6. 2.4. Funcionarea transformatorului monofazat innd sema depierdirele de energie

Dac se consider pierderile de energie care au loc n miezul defier datorit fenomenului de histerezis i curenilor turbionali i cele din

cuprul nfurrilor, datorit efectului termic al curentului electric , atunci

Fig. 6.2.10

'

2I

2I

22UE =

1

11 EU =

1I

2

1E

2,

I 1,

I

Fig.6.2.9

/2

22 UE =

10I/2

U1= -E

1

E1


9/22

transformatorul are o funcionare aproape de realitate (transformatorulreal). Vom considera n trei cazuri distincte i anume:

- funcionarea n gol ( I2 = 0);- funcionarea n sarcin ( I2 0);

- funcionarea n scurtcircuit ( U2 = 0).La funcionarea in gol a transformatorului real se va considera c

o parte din liniile de cmp magnetic, produs de curentul I10 nu se nchidprin miezulferomagnetic ci

prin aer, formndfluxul magnetic descpri

s1(fig.6.2.11).Acesta va inducen nfurarea

primarului e t.e.m.es1, care va fi datde relaia:

dt

diL

dt

dNe os

s

s

1

1

1

11==

sau

21111

jOslOSs eILIjLE

==

Fazorul Es1 va fi deci defazat cu /2 n urm fa de I1o,iar fluxul

magnetic 1s va fi n faz cu I1o.Aplicnd teorema a II-a a li Kirchhoff circuitului primar, rezult:

U1 + E1 + ES1 = r1 I1o

sau: U1 = r1 I1o E1 Es1 (6.2.3)Transformatorul real funcionnd n gol poate fi considerat ca obobin cu miez de fier i deci curentul I1o, n diafragma de fazorireprezentat n fig.6.2.12, se va lua defazat nainte fa de fluxulmagnetic cu unghiul de pierderi . Curentul I1o se poate descompune ndou componente: o component n faz cu fluxul magnetic( componente de magnetizare I ) necesar magnetizrii miezuluiferomagnetic i o component perpendicular pe fluxul magnetic( componenta activ Ia ) necesar acoperirii pierderilor de energie n fier In cupru. n acest caz curentul de mers n gol I1o se poare scrie sub forma:

E1 E2

U1

U20

1s

I10

Fig.6.2.11


10/22

ao

III22

1+=

Componenta activ Ia se poate calcula din relaia:

1

1

U

PI oa

=

unde: P1o = U1I1o cos1o reprezint puterea primarului i poate fi msuratcu un wattmetru intercalat n circuitul nfurrii primare.

Factorul de putere la mers n golcos10 este n general mic (0,20,3)deoarece unghiul de pierderi magneticeeste 5060. din aceast cauz n practic nueste indicat ca transformatorul s fie lsat

s funcioneze n gol. Curentul la mers ngol I10este mic (5+8% din curentulnominal) i din aceast cauz pierderile deenergie n cupru r1I102 sunt neglijabile.innd cont de acest lucru, rezult c:

FeFe PIrPIUP +==2

1011010110 cos

(6.2.4)

n practica transformatorul estelsat iniial, nainte de a fi utilizat n

sarcin, s funcioneze n gol cca. 24 de ore n scopul determinriipierderilor n fier i deci n scopul depistrii unor eventuale defeciuni nconstrucia miezului.

La funcionarea n sarcin a transformatorului real fluxulmagnetic creat de curentul I2 se va suprapune peste fluxul magnetic creatde curentul I1. Fluxul magnetic rezultant va fi acelai ca i la

funcionarea n gol a transformatorului. Fluxul magnetic dat de curentulI2 fiind un flux magnetic indus, conform legii lui Lenz, el se opunefluxului inductor, adic fluxului dat de curentul I1. Pentru ca fluxulrezultant s rmn acelai, trebuie ca odat cu creterea curentului I 2 screasc i curentul I1.

Considernd c o parte din fluxul magnetic dat de I2 se nchideprin aer, formnd fluxul magnetic de scpri s2 a secundarului i cacesta va induce n nfurarea secundarului o t.e.m. 2sE , relaia se vascrie n mod analog ca la primar:

2

j

2s22s2s2 eILILjE

== ,

Fig.6.2.12

1sE10I

1E

1E

1sE

202UE =

2U

10

/2

nI

10I

I


11/22

iar pentru primar vom avea:

2

j

1s11s1s1 eILILjE

==

Rezult c cele dou t.e.m. datorit fluxurilor magnetice de

scpri sunt defazate cu /2 n urm fa de curenii care le produc.Aplicnd teorema a II-a a lui Kirckhoff circuitului primar i

secundar, rezult:- pentru primar: 11111 IrEEU s =++

sau: (6.2.5) 11111 IrEEU s +=

-pentru secundar: 22222 UIrEE s +=+ sau: (6.2.6)

22222 IrEEU s +=Din diagrama de fazori reprezentat n fig. 6.2.13 care s-a

construit inndu-se seama de relaiile (6.2.5) i (6.2.6), unde 2I s-a luatdefazat n urm cu unghiul 2 fa det.e.m. E2, iar 2I a rezultat dinnsumare I10-I2 (relaia 6.2.1), seobserv c factorul de putere cos1este mai mic dect factorul de putere

cos 2 a secundarului i c cos1cos10 i c se mrete (se apropie de 1)cu ct curentul I2 este mai mare.

Funcionarea n scurtcircuit aunui transformator este posibilnumai dac aplicnd primarului o

tensiune micorat, numit tensiune de scurtcircuit, prin nfurriletransformatorului circul curenii nominali respectivi. n acest caztensiunea de scurtcircuit Usc este de (57)% din tensiunea nominal a

primarului. O scurtcircuitare a bornelor secundarului, atunci cnd laprimar se aplic o tensiune nominal, nu este admis ntruct n acest cazcurenii I1 i I2 depesc cu mult valorile nominale.

Tensiunea de scurtcircuit fiind mic, fluxul magnetic util va fi mici deci pierderile de energie n fier vor fi neglijabile. Din aceast cauz seconsider c ntreaga energie primit de transformator, de la reea, este

consumat numai pentru acoperirea pierderilor de energie n cuprulnfurrilor.

Fig.6.2.13

1sE1E

1E

/2

2I

1

I

10I

1sE

/2

1sE

2

2U

1U


12/22

Se poate scrie deci, c:2

22

2

11 nnCuscIrIrPP +== (6.2.7)

6.2.5. Randamentul transformatorului monofazat

Prin definiie, randamentul unui transformator este raportul ntreputerea activ 2222 cosIUP = , transmis receptorului de ctrenfurarea secundarului i puterea activ 1111 cosIUP = , primit dela sursa de alimentare (de la reea) de ctre nfurarea primar:

111

222

1

2

cos

cos

IU

IU

P

P==

Conform bilanului de puteri, se poate scrie:CuFe PPPP ++= 21

n care: oFe PP 1= i scCu PIrIrP =+=2

22

2

11

i rezult:

sco PPIU

IU

++=

1222

222

cos

cos

(6.2.8)

Considernd tensiunea U2 constant (n realitate ea scade cucteva procente, n funcie de I2) i dac se noteaz: nII 22 /= (gradulde ncrcare), rezult:

22222coscos nSIUP == ,

unde Sn este puterea nominal a transformatorului. Pierderile de putere ncupru, n funcie de coeficientul , se scriu sub forma:

nCun

n

n

n

scCuPIr

K

IrIr

K

IrIr

K

IrPP _

22

222

2

2

1

22

2

2

22

2

2

2

12

222

2

21 =

+=+=+==

,

nCuP _ fiind pierderile de putere n cupru n regim nominal defuncionare.

innd cont c tensiunea U1 este constant, fluxul magnetic utileste practic independent fa de sarcin i deci pirderile n fier suntaceleai, oricare ar fi coeficientul , expresia (6.2.8) devine:

nCuFen

n

PPS

S

_

2

2

2

cos

cos

++=


13/22

Valoarea maxim m a randamentului, la un anumit factor deputere al receptorului conectat la bornele nfurrii secundare, are loc laun anumit grad de ncrcare m , determinat de ecuaia:

0=

d

d

sau

( ) ( ) 02coscoscoscos_22_

2

22=+++

nCunnnCuFennPSSPPSS

Rezolvnd ecuaia, se gsete:

nCumFe PP _2= (6.2.9)

adic randamentul atinge valoarea maxim pentru acel grad de ncrcarepentru care CuFe PP = . n practic un transformator funcioneaz untimp mai ndelungat la o sarcin mai mic dect sarcina nominal (

75,05,0 = ) i deci ( ) nCuFe PP _5,025,0 = . La proiectarea iconstrucia transformatorului se ine cont de acest rezultat final i nconsecin se consider randamentul maxim la o sarcin de cca. 70% din

sarcina nominal.n fig. 6.2.14 sunt prezentate

curbele de variaie alerandamentului n funcie de sarcin,factorul de putere fiind constant. n

general, randamentultransformatorului este ridicat (maimare dect al mainilor electrice)ntruct nu intervim pierderimecanice.

La transformatoarele deputere de ordinul zecilor i sutelorde kVA, randamentul maxim atingevaloarea 97,095,0 .

6.3. Transformatoare trifazate

Transformatoarele trifazate sunt folosite n special catransformatoare de putere n instalaiile de transport i distribuie aenergiei electrice, dar sunt ntlnite i n instalaiile de utilizare a energieielectrice.

Fig.6.2.14

cos2=1

0,7 P2n

P2n

cos2=0,7

P2


14/22

Forma constructiv cea mai des ntlnit pentru circuitul magnetica transformatorului trifazat const din trei coloane reunite n partea lor

superioar i inferioar cu cteun jug magnetic prin care se

nchid liniile de cmp magnetic(fig. 6.3.1). La aceast variantconstructiv se realizeazeconomie de fier i simplitateconstructiv. Alte varianteconstructive se realizeaz cuajutorul transformatoarelormonofazate prin conexiune

trifazat, stea sau triunghi, anfurrilor primare isecundare sau cu transformatoare cu cinci coloane (trei pentru nfurrii dou auxiliare, laterale, care servesc pentru micorarea seciunii

jugurilor).Cele trei faze ale primarului i secundarului se pot lega n stea (cu

nulul scos n afar sau nu), sau n triunghi. nfurrile secundarului semai pot lega i n zig-zag, cu nulul accesibil, pentru alimentareareceptorilor monofazai. Reprezentarea schematic a conexiunilor este

dat n fig.6.3.2.

Pentru conexiunea stea se folosete notatia Y, pentru primar i y pentru

secundar; pentru conexiunea triunghi: D-pentru primar, d-pentrusecundar, iar pentru conexiunea zig-zag se folosete notaia Z.

Fig.6.3.1

B CA

X Y Z

x y zU20

a b c

B CA N

a b c

A B C B CA

Fig.6.3.2

ConexiuneaY/y Conexiunea Y/d Conexiunea D/Z


15/22

Conexiunea transformatoarelor trifazate se deosebesc i prindefazajul dintre tensiunile de linie primare i cele secundarecorespunztoare. innd cont de acest lucru, exist 12 grupe deconexiuni, defazajul specific fiecrei grupe fiind exprimat de o cifr, care

este trecut dup notaia simbolic i care, nmulit cu 30o (unitatea deunghi electric) d defazajul menionat.Pentru conexiunile reprezentate nfig. 6.3.2, notaiile simbolice sunt: Y/y-12; Y/d-11; D/z-12. defazajele de

12x30o; 11x30o i 12x30o rezult din diagramele de fazori reprezentate nfig. 6.3.3

Dac un transformator trifazat are nfurrile secundare formatedincte dou seciuni identice (ca la conexiunea n zig-zag), acestea se

pot lega i ca n fig. 6.3.4. Deoarece conexiunile n stea ale seciunilorsecundarului au punctul neutru comun s-a obinut n secundar un sistemhexafazat de tensiuni alternative.

Transformatoarele de acest fel se utilizeaz la construciaredersoarelor hexafazate din unele instalaii de acionri electrice.n reelele sistemelor electrice se utilizeaz transformatoare trifazate cucte dou nfurri secundare, de ex.: 110/35/6 kV.

BCB UU =

CU

AU

cU bcbUU =

aU

BU

CUAU

BCU

1500 B

U

CUAU

1500

bcUc

UaU

bU

1500

aU

bU

cU1200

Fig.6.3.3


16/22

Transformatoareletrifazate ncrcatesimetric pot fi studiate inceea ce privete

funcionarea n gol, nsarcini i n scurtcirciut,la fel ca un transformatormonofazat, toatemrimile fiind raportatela o faz.

Necesitateaasigurrii unei rezerve n

alimentarea cu energieelectric aconsumatorilor, ct i creterea n timp a consumului de energie, impunefuncionarea n paralel a transformatoarelor. Pentru o repartiie acurenilor de sarcin proporional cu puterile nominale,transformatoarele conectate n paralel trebiue s aib acelai raport detransformare (aceeai tensiune aplicat primarului i aceeai tensiuneobinut la secundar), aceeai grup de conexiuni i aceleai tensiuni descurtcircuit.

6.4. Autotransformatoare

Autotransformatorul difer de transformator numai princonstrucia nfurrii de joas tensiune, care este o parte din nfurareade nalt tensiune. Notnd cu N1 numrul de spire al nfurrii primare i

cu N2 numrul de spire a secundarului,autotransformatorul reprezentat n

fig.6.4.1 este cobortor de tensiune.Folosirea autotransformatorului esteraional numai pentru un raport detrnsformare mic (1,5-2).Autotransformatoarele se folosesc pentrupornirea motoarelor de c.a., micorndtensiunea aplicat motorului la pornirealui sau n alimentarea unor receptoare deuz casnic de mic putere, care au

tensiunea nominal de funcionare a autotransformatorului este acelai ca

a

1

b1c

1

a

2

b

2

c

2

A B C

1cU

2c

U 1bU

2bU

1aU

2aU

Fig.6.3.4

I2

I1

I1

2

U

1 U

2

N

2

N1-N2

Z

A

Fig.6.4.1


17/22

i la transformator cu deosebirea c la trecerea curentului altrenativ prinnfurarea primar A-x va apare n nfurarea primar i n ceasecundar, t.e.m. de autoinducie E1 i respectiv E2, date de relaiile:

mfNE = 11 44,4 i mfNE = 22 44,4

Prin urmare raportul de transformare:

2

1

2

1

N

N

E

EK ==

este acelai ca i la transformator.Dac neglijm cderea de tensiune n nfurri, raportul de

transformare al autotransformatorului este: 2121 // UUNNK == .Presupunnd autotransformatorul ideal, adic: P1=P2, atunci:

U1I1=U2I2 i deci: KN

N

I

I

U

U===

2

1

1

2

2

1

Se observ c la autotransformatoare se obin aceleai relaii ntrecureni i tensiuni ca la transformatoare. Prin nfurarea comun a-xtrece curentul I12, dat de relaia:

( )111212 == kIIIIn general I12 este de valoare mic deoarece pentru un raport de

transformare apropiat de unitate, I2 este cu puin mai mare dect I1. din

aceast cauz nfurarea a-x se execut cu un coductor de seciune maimic dect pentru poriunea A-a i deci se poate realiza o economie decupru (sau aluminiu). Actualmente se execut la Electroputere-Craiova, autotransformatoare de putere de ordinul sutelor de MVA, cunfurarea din aluminiu pentru tensiunile nalte de 220/110 kV.

Folosirea autotransformatoarelor este totui limitat, deoarece dinpunct de vedere al securitii n exploatare se pot ivi defeciuni i anume:n cazul nfurrii comune a-x tensiunea primar se aplic receptoruluiaproape n totalitate, ceea ce duce la distrugerea lui.

6.5. Transformatoare de msur

Pentru msurarea tensiunilor mari i a curenilor de intensitimari, instrumentele de msur nu pot fi conectate direct n circiuteleelectrice respective i din aceast cauz trebuie s se intercalezetransformatoare de msur, care vor separa circuitul electric de nalttensiune de circuitul de msur. Transformatoarele de msur reduc deci,

mrimea msurat i din aceast cauz, n exploatare se utilizeaz foartedes i termenul de reductoare.


18/22

Dupa felul marimii masurate, transformatoarele de masura pot fi: detensiune si de intensitate.

Transformatoarele de tensiune sunt folosite la msurareatensiunilor i din punct de vedere al procesului de funcionare, reprezint

transformatoare obinuite, ns de mic putere (30; 60; 100; 200 VA).Raportul de transformare se ia n aa fel nct la tensiunea

nominal aplicat primarului, tensiunea secundar s fie de 100V. Astfelputem avea transformatoare de tensiune cu raportul de transformare500/100 V; 1000/100 V; 5000/100 V sau 6/0,1 kV; 35/0,1 kV etc. La

bornele nfurrii secundare se pot conecta n paralel: voltmetre,bobinele de tensiune de la wattmetre, varmetre, contoare, relee etc.

nfurarea secundar a transformatoarelor de msur trebuie s

se lege la pmnt pentru a se evita pericolul unei elewctrocutri, care s-arputea ivi din cauza unei defeciuni ce ar stabili un contact electric ntrenfurarea primar i cea secundar. De asemenea i carcasatransformatorului se leag la pmnt.

Transformatoarele de tensiune pot fi monofazate (fig. 6.5.1) sautrifazatr (fig. 6.5.2). Adesea, n locul unui transformator trifazat sefolosesc dou transformatoare monofazate conectate n triunghi deschissau V (fig. 6.5.3).

Transformatoarele de intensitate sunt folosite la transformareacurentului de mare intensitate ntr-un curent de mic intensitate. Raportulde transformare (raportul curenilor) se ia n aa fel nct la trecereacurentului nominal prin nfurarea primar, prin nfurarea secundarcurentul nominal s fie 5A. Astfel putem avea: 5/5A; 10/5A; 100/5A;200/5A; 500/5A; 1000/5A etc. (transformatorul cu raportul 5/5A estefolosit numai pentru separarea circuitului de nalt tensiune de circuitulde msur).

A

a

X

x

V

Fig.6.5.1 Fig.6.5.2 Fig.6.5.3

V

A1 A2

a1

a2

X1

X2

x1

x2

VVVVV V


19/22

nfurarea primar a unui transformator de intensitate nu se leagla faze diferite, ci se intercaleaz n serie, n circuitul prin care circulcurentul de msurat (ca n fig. 6.5.4). ntruct n cazul unor cureni de

intensitate foarte

mare nfurareaprimar se reducela o singur spirsau chiar la osimpl bar, nreprezentareaschematicnfurarea primar

se figureaz cu olinie (fig. 6.5.4b). nfurarea secundar se leag la pmnt pentruaceleai motive ca la transformatorul de tensiune.

Funcionarea transformatorului de intensitate este asemntoarecu funcionarea unui transformator de putere n regim de scurtcircuit. Dinaceast cauz, nfurarea secundar nu trebuie s rmn n circuitdeschis, ntruct ntr-o asemebea situaie fluxul magnetic din miezul defier ar crete foarte mult i poate duce fie la strpungerea izolaieiconductoarelor nfurrii secundare din cauza unei t.e.m. induse prea

mari, fie la nclzirea exagerat miezului de fier ca urmare a creteriipierderilor de energie n fier. Pentru a nltura asemenea defeciuni, ladeconectarea ampermetrului, nfurarea secundar trebuie s fiescurtcircuitat n prealabil.

Transformatoarele de intensitate se construiesc numai ca unitimonofazate. Pentru msurarea curenilor n circuitele trifazate seintercaleaz pe fiecare faz cte un transformator de intensitate sau numai

pe dou faze.

n cazul msurrii puterii unui circuit monofazat sau trfazat serealizeaz schemele din fig. 6.5.5 i fig. 6.5.6. dac se msoar itensiunea i intensitatea se poate determina factorul de putere folosindreliile:

AIVU

WIU

IKUK

PKK=cos i

( )

AIVU

wwIU

IKUK

PPKK

3cos 21

+=

unde KU i KI reprezint raportul de transformare a transformatoarelor de

tensiune i intensitate, iar Pw puterea indicat de wattmetru. Dacampermetru sau voltmetru este destinat special pentru un anumit

Fig.6.5.4

IA

a)

I1=KIA

L1

A

L2

I1

I2

AI

A

L2

Ix

L1 I1 I

2

b)

I2

a)


20/22

transformator demsur, atunci pecadranul aparatuluirespectiv este trecut

raportul detransformare, iaretalonarea estefcut direct pentrumrimeacorespunztoarevalorii nominale (deex. dac pe cadranul

unui volmetru estetrecut raportul 6000-100 V, atuncietalonareavoltmetrului estecorespunztoaretensiunii de 6000 V).

6.6.Transformatoarele de sudur

Transformatoarele de sudur sunt destinate sudrii electrice cu arcsau contact. Aceste transformatoare trebuie s aib o tensiune joas defuncionare n gol (60-75 V), suficient pentru aprinderea arcului electric,iar caracteristica estern U2= f(I2) trebuie s fie cobortoare (fig. 6.6.1).

Astfel de caracteristici suntnecesare pentru ca intensitatea

curentului s nu se modifice mult lavariaii ale lungimii arcului electricse sudur, iar tensiunea arcului sfie de ordinul 20-35V (variaz nfuncie de lungimea arcului i deintensitatea curentului de sudare).

Caracteristica extern multdescresctoare se obine cu ajutorul

unui unt magnetic, care mretereactana de scpri magnetice (fig. 6.6.2a), sau intercalnd n serie cu

Fig.6.5.5

xx

L1I

2

L2I

1

*W *

Aa

AV

Fig.6.5.6

L1

L2

L2

L1

I1 I2

A2

A1

a1

a2

ABC

**

**

W1

xW

2

xV

A

VV

A

200300 400

70

35

0

U2

M

I2

(A)

Fig.6.6.1


21/22

arcul electric de sudare o bobin de reactan (fig. 6.6.2b), care determino cdere mai mare de tensiune la creterea curentului de sudare. Reglarearegimului de sudare se face variind poziia untului magnetic sau

modificnd ntrefierul bobinei de reactan.Factorul de putere al transformatorului, n timpul sudrii cu arc

este relativ mic (0,4 0,6), fiind inductiv.Transformatoarele de sudur prin contact electric lucreaz practic

n scurtcircuit. Ele sunt calculate s asigure cureni foarte mari, pn lazeci de kA n secundar. Modificarea acestui curent se face fie cu o bobin

prevzut cu miez feromagnetic cu ntrefier, fie prin modificarea

numrului de spire din nfurarea primar.

6.7. Construcia de transformatoare n Romnia

n cadrul industrializrii rii s-a i dezvoltat o puternic industrieelectrtotehnic, acre realizeaz transformatoare de toate tipurile i alte

produse, la nivelul tehnicii mondiale. Construcia de transformatoare serealizeaz n cea mai mare parte, n urmtoarele ntreprinderi:

Electroputere- Craiova, Fabrica de transformatoare- Filiai,Electrotehnica- Bucureti, Fabrica de maini electrice- Combinatulmetalurgic Reia etc.La uzinele Electroputere- Craiova se construiesc transformatoare iautotransformatoare cu puteri pn la 400MVA i tensiuni nominale pnla 400kV. Transformatoarele de putere mai mic (de pordinul sutelor dekVA) se realizeaz la Fabrica de transformatoare- Filiai (la cca. 30 kmde Craiova). Transformatoarele monofazate bi autotransformatoarele demic putere se construiesc la ntreprinderea Electrotehnica dinBucureti.

u2u1

I2I1

a)

u1

I2

u2

b)

Fig.6.6.2


22/22

n prezent se mai construiesc la noi n ar transformatoare nunumai pentru climat continental, dar i pentru mediu ambiant marin i cucaracteristici tropicale, destinate exportului.

70393582-transformatoare-electrice

Documents