Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea de Inginerie Electrica

Vasile Roxana-GiorgianaGrupa 111B

Anul 1B

TRANSFORMATOARE

Cap.1. Introducere.............................................................................................................2Cap.2. Notiuni de baza.....................................................................................................2Cap.3.Principiul de funcționare:.....................................................................................3Cap.4.Noţiuni generale despre transformatoare............................................................5Cap.5.Regimul nominal al transformatorului.................................................................6Cap.6.SISTEMUL MAGNETIC......................................................................................6Cap.7.Jugurile transformatoarelor..................................................................................6Cap.8.Pierderi în transformator......................................................................................8Cap.9.Aplicații:..................................................................................................................8Cap.10. Concluzii:..............................................................................................................8Cap.11. Binliografie:..........................................................................................................9

1

[1] Fig.1. Transformator

Cap.1. Introducere În acest raport tehnic va fi prezentat transformatorul electric, notiunile sale generale, principiul sau de funcţionare; regimul nominal al unui transformator. Se discuta despre ce este compus acesta şi unde poate fi utilizat, sistemul magnetic, jugurile transformatorului si alpicatiile in care poate fi utilizat.

Cap.2. Notiuni de baza Un transformator Fig.1. este o mașină electrică care transferă energie electrică dintr-un circuit (primarul transformatorului) în altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza legii induc ț iei electromagnetice (Legea inducției electromagnetice formulată în 1831 de Faraday este una din cele mai importante legi ale electromagnetismului. Fenomenul numit inducție electromagnetică constă în apariția (unei) tensiunii electromotoare induse de un flux magnetic variabil în timp. Acest fenomen permite conversia diferitelor forme de energie în energie electrică[3]). Un curent electric alternativ care străbate înfășurarea primară produce un câmp magnetic variabil în miezul magnetic al transformatorului, acesta la rândul lui producând o tensiune electrică alternativă în înfășurarea secundară. În circuitele și rețelele electrice, transformatorul realizează transfer de energie (electrică) dintr-un circuit (rețea) de anumiți parametri - tensiune U, curent I, rezistență R. In energie electrică cu alți parametri (valori) de circuit, în condițiile unei separări (izolări) galvanice între cele două circuite (rețele) electrice. Practic se acceptă, că energia

2

electrică obținută la ieșire, în circuitul (circuitele, dacă sunt mai multe) secundar este aproximativ egală cu cea de la intrare, din circuitul primar. Totuși în calcule de proiectare pierderile de energie (din transformator) sunt luate în considerație.

Cap.3.Principiul de funcționare:

Fig.2.Schema de principiu a unui transformator

Presupunem că ambele circuite ale transformatorului au spirele înfășurate în același sens și că au N1 respectiv N2 spire. Transformatorul se consideră că funcționează în gol (i2=0, adică circuitul secundar este deschis). Dacă se aplică transformatorului tensiunea alternativă u1 de valoare efectivă U1 în primar apare curentul de intensitate i1 și valoare efectivă I1. Acesta, conform legii Biot-Savart, dă naștere unui flux magnetic alternativ având valoarea instantanee Φ = Φmcos ωt. Acest flux variabil care străbate spirele ambelor înfășurări face să apară în cele N1 spire ale primarului o t.e.m. de autoinducție:

iar în secundar, t.e.m. este:

Facem raportul celor două relații:

Conform legii lui Ohm(Legea lui Ohm se aplică pentru conductori electrici la capetele cărora se aplică tensiuni electrice. Legea lui Ohm spune că într-un circuit intensitatea (I) curentului electric este direct proporțională cu tensiunea (U) aplicată și invers proporțională cu rezistența (R) din circuit[4]), în circuitul primar suma dintre tensiunea de alimentare u1 și t.e.m. de autoinducție e1 trebuie să fie egală cu căderea de tensiune din primar: u1 + e1 = R1 i1

Unde R1 este rezistența primarului. De obicei, valoarea lui R1 este mică și produsul R1i1 se poate neglija, astfel încât: e1 ≈ -u1

3

Semnul „−” arată că t.e.m. de autoinducție e1 este în opoziție de fază cu tensiunea rețelei de alimentare a transformatorului, u1. La funcționarea în gol a transformatorului, t.e.m. e2 este egală cu tensiunea u2 de la bornele secundarului: e2 = -u2

Rezultă deci, că:

T.e.m. e1 și e2 sunt în fază, iar tensiunile u1 și u2 sunt în opoziție de fază (semnul - din fața raportului u1 / u2 indică această defazare, de π radiani). În valoare absolută, rezultă o relație și între valorile efective ale mărimilor alternative:

Raportul tensiunilor la bornele înfășurărilor, la mersul în gol al transformatorului, notat cu k, se numește raportul de transformare al transformatorului. Dacă k < 1, u2 > u1, transformatorul poartă denumirea de transformator ridicător de tensiune, iar dacă k > 1, u2 < u1, se numește transformator coborâtor de tensiune. Când k = 1, u2 = u1, transformatorul servește la separarea electrică a circuitelor (sunt folosite în unele montaje din electronică). Dacă la bornele transformatorului se conectează un consumator rezistiv de rezistență RS, prin circuitul secundar va apărea curentul de intensitate i2. În acest caz, u2 ≈ e2

deoarece apare căderea de tensiune pe sarcină RS i2. În condiții normale (nominale) de funcționare, diferența e2 - u2 este mică, deoarece și pierderile Joule în secundarul transformatorului sunt mici. Se poate deci considera că practic, puterea P1 din primar și cea din secundar P2 sunt egale: P1 = P2 sau U1I1 = U2I2. Deoarece transformatoarele au un randament foarte mare (la cele de puteri mari fiind peste 99,5%), această relație constituie o foarte bună aproximare. Pentru cazul transformatorului care funcționează în sarcină, în sensul că la bornele primarului se aplică tensiunea alternativă u1, iar la bornele înfășurării secundare este conectat un receptor (consumator), procesele fizice sunt, în principal, următoarele: circuitul secundar fiind închis printr-un consumator oarecare, rezistiv sau rezistiv-reactiv, t.e.m. e2 produce în el un curent de intensitate i2. Acest curent produce la rândul său un flux Φ2 care, conform legii lui Lenz, este de sens contrar fluxului creat de curentul primar, denumit flux de regim Φ1. Având în vedere faptul că transferul de putere din primar în secundar (realizat prin cuplaj magnetic) face să apară o serie de pierderi de natură electrică și magnetică (prin efect Joule în înfășurări și pierderi prin curenți turbionari și histerezis în miezul de fier) valoarea maximă a fluxului Φ2 este mai mică decât valoarea maximă a lui Φ1. Diferența celor două fluxuri constituie fluxul principal prin transformator și este practic egal cu fluxul Φ = Φm cos ωt produs de curentul primar la mersul în gol al transformatorului: Φ = Φ1 - Φ2 = Φm cos ωt. La o creștere a sarcinii, valoarea maximă a lui Φ2 crește și are ca efect tendința de scădere a fluxului principal Φ. Ca efect, din relația:

4

rezultă că valoarea efectivă I1 crește. Creșterea lui I1 implică creșterea valorii maxime a fluxului Φ1. Ca urmare, Φm rămâne practic constant în raport cu variația sarcinii. Așadar, când crește sarcina transformatorului, adică crește I2, crește și intensitatea curentului I1 prin circuitul primar, deoarece puterea furnizată în secundar crește și deci trebuie să crească și puterea absorbită de primar de la rețeaua de alimentare. Invers, la scăderea puterii în secundar, scade și puterea absorbită de primar.[2]

Cap.4.Noţiuni generale despre transformatoare

Transformatorul electric este o maşină electromagnetică statică de curent alternativ, care transformă o energie electromagnetică primară de anumiţi parametrii (u1,i1) într-o energie electromagnetică secundară de alţi parametrii (u2,i2), frecvenţa rămane insă constantă (f1=f2=ct.). Cei doi parametrii care ne dau puterea: u-tensiunea şi i-curentul, suferă prin transformare schimbări inverse, astfel dacă tensiunea se micşorează, curentul se măreşte şi invers.La baza funcţionării transformatorului stă principiul inducţiei electromagnetice.

Din punct de vedere constructiv, transformatorul are două părţi principale:1)circuitul magnetic- reprezentat de miezul de fier şi construit din tole de oţelelectrotehnic pentru reducerea pierderilor în fier;2)circuitele electrice- reprezentate de două sau mai multe înfăşurări din Cusau Al, realizate în jurul circuitului magnetic, fiind deci cuplate electromagnetic.Infăşurarea care primeşte energia de la o sursă se numeşte infăşurare primară, iar cea care cedează energia unei reţele sau unui consumator se numeşte infăşurare secundară. După cum tensiunea înfăşurării secundare este mai mare sau mai mică decat cea a înfăşurării primare, transformatorul este ridicător sau coborator de tensiune.Schematic un transformator monofazat, care are două înfăşurări este reprezentat în Fig. 3.

Фu

i1 N1

N2 i2

u1 u2 zs

i2

Фσ1 фσ2

Fig.3.

u1 - tensiunea de alimentare a primarului;

5

i1 – curentul din primar, cand în secundar avem legată impedanţa de sarcină zs;u2 – tensiunea la bornele secundarului rezultată prin inducţie electromagnetică;i2 – curentul din secundar;фσ1,фσ2 – fluxurile de scăpări ale primarului şi secundarului;N1,N2 – numărul de spire a înfăşurării primare respectiv secundare.

După numărul de faze putem avea transformatoare monofazate, trifazate sau speciale (ex:tri-hexafazate).

Cap.5.Regimul nominal al transformatorului: este regimul definit de ansamblul valorilor mărimilor înscrise pe plăcuţa indicatoare a transformatorului şi care caracterizează funcţionarea în condiţii prescrise (regimul de sarcină pentru care a fost proiectat).

Cap.6.SISTEMUL MAGNETIC: Parti componente,Exemple, Materiale utilizate la realizarea sistemelor masnetice, Materiale speciale utilizate pentru constructia miezurilor magnetice,Clasificarea sistemelor magnetice Un sistem magnetic este alcatuit din coloane si juguri.Coloana transformatorului reprezinta partea sistemului magnetic pe care, sau in jurul careia,sunt dispuse infasurarile transformatorului.Jugul transformatorului reprezinta partea sistemului magnetic care nu are mias.urari si care serveste la inchiderea circuitului magnetic.

Cap.7.Jugurile transformatoarelor pot fi:- juguri laterale - juguri frontale.Jugurile laterale sunt cele care leaga cele doua capete ale uneia si aceleiasi coloane (Fig. 2.1), jugul lateral are o parte laterala a carei axa este perpendiculara pe axa coloanei.

Exemple de sisteme magnetice cu juguri laterale:

6

Fig .4.1

a) sistem magnetic monofazat in manta;b) Sistem magnetic monofazat cu coloane si in manta;c) Sistem magnetic trifazat cu coloane si in manta (sistem magnetic cu cinci coloane)

Jugul frontal este cel care leaga capetele a doua sau mai multe coloane diferite (Fig. 4.2).

Fig. 4.2

1-coloane; 2-juguri frontal;

Exemple de sisteme magnetice cu juguri frontale:a) Sistem magnetic monofazat cu coloane; b) Sistem magnetic trifazat plan cu coloane.In fig. 2.3 sunt prezentate formele tipice ale sectiunilor prin jug.

7

Fig. 4.3.

Din punct de vedere constructiv coloanele se clasifica astfel:-coloana cu tesere plana;-coloana cu tesere radiala;-coloana cu tesere in evolventa.

Cap.8.Pierderi în transformator

Pierderi în circuitul magnetic – nu tot fluxul magnetic trece prin miezul magnetic al transformatorului. În plus, circuitul magnetic nu se comportă perfect liniar, ci are histerezis.

Pierderi în înfășurări – prin efect Joule.

Curenții turbionari – induși în miezul magnetic, care este un material conductor.

Magnetostricție.[2]

Cap.9.Aplicații:

Principala utilizare este la transportul energiei electrice pe distanțe mari, prin implementarea liniilor de înaltă tensiune (zeci sau sute de kilovolți). Aceasta este necesar din rațiuni economice. La capătul de aplicare (intrare) a energiei se folosesc transformatoare ridicătoare de tensiune, iar la destinație energia se transmite linilor de joasă tensiune prin intermediul unor transformatoare coborâtoare de tensiune electrică. [2]

Cap.10. Concluzii:

Conexiunea unui transformator reprezintă schema de conexiuni a înfăşurărilorsale şi precizarea unghiului de defazaj al fazorului tensiunii secundare de linie faţă de fazorul tensiunii primare corespunzătoare.

8

Cap.11. Binliografie: [1]WeldingTransfomer-1.63[1].png http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/94/WeldingTransformer-1.63.png[2]Transformator http://ro.wikipedia.org/wiki/Transformator[3]Legea inductiei electromagnetice http://ro.wikipedia.org/wiki/Legea_induc%C8%9Biei_electromagnetice[4]Legea lui Ohm http://ro.wikipedia.org/wiki/Legea_lui_Ohm[5]Generalitati,Parrti Componente http://facultate.regielive.ro/download-17916.html

9