transformatoare electrice - pagina masini electrice/capitolul_ii.pdf · pdf...

Click here to load reader

Post on 25-Mar-2019

232 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1

Capitolul II

TRANSFORMATOARE ELECTRICE

2.1. GENERALITI. CONSTRUCIA TRANSFORMATOARELOR

Transformatorul electric este un aparat static ce funcioneaz pe principiul induciei electromagnetice,n urma conversiei modificndu-se anumii parametri ai puterii electrice (tensiune, curent), n timp ce frecvenase menine constant.

Un transformator este construit dintr-un miez feromagnetic pe care sunt dispuse dou sau mai multe n-furri izolate ntre ele i fa de miez. nfurarea care primete energie se numete nfurare primar (i secomport ca un receptor) iar nfurarea care furnizeaz energie unui circuit exterior se numete nfurare se-cundar (are comportament de generator). Dac valoarea efectiv a tensiunii nfurrii secundare este mai mi-c dect cea a nfurrii primare transformatorul se numete cobortor iar n caz contrar transformatorul senumete ridictor.

Clasificarea transformatoarelor se face dup mai multe criterii:- a). din punct de vedere al utilizrii:

- transformatoare de putere;- transformatoare de construcie special:

- transformatoare pentru sudare,- autotransformatoare,- transformatoare de msur,- transformatoare pentru schimbarea numrului de faze,- transformatoare cu mai multe nfurri,- transformatoare de mare intensitate,- multiplicatoare de frecven.

- b). din punct de vedere al numrului de faze:- monofazate,- polifazate ( cele mai rspndite sunt trifazate ),

- c). din punct de vedere al rcirii:- rcire cu aer,- rcire cu ulei:

- natural,- forat.

Pe lng principalele elemente constructiveprincipale (miez i nfurri) transformatoarele sunt pre-vzute cu izolatoare de trecere, cuv cu ulei, conservator idispozitive auxiliare (prize de reglaj a tensiunii, releu de gaze,termometru, filtru cu silicagel, robinet de golire).

Miezul feromagnetic reprezint calea de nchidere afluxului principal al transformatorului, produs de solenaia demagnetizare a nfurrii primare i care nlnuie spirelecelorlalte nfurri. Miezul magnetic este format din coloane(pe care sunt dispuse nfurrile) i juguri care sunt elementeconstructive de legtur ntre coloane. Circuitul magnetic altransformatoarelor se realizeaz n dou varianteconstructive: n coloane i n manta.

n figura 2.1.a sunt prezentate dou soluii, una pentru Fig. 2.1. Variante constructive de miezuri.

2

transformatoarele monofazate cu dou coloane i a doua cu trei coloane pentru transformatoarele trifazate. nfigura 2.1.b este prezentat varianta n manta pentru cazul monofazat i trifazat. Aceast variant asigur nfuncionare un cuplaj magnetic mai mare

Miezul feromagnetic este realizat din tole de oel aliat cu siliciu cu grosimea de 0.35 mm i mai rar de0.5 mm, izolate ntre ele cu lac izolant n vederea reducerii pierderilor prin cureni turbionari. Asamblarea tolelor se face prin suprapunere i prin esere. La asamblarea prin suprapunere (Fig. 2.2) seconfecioneaz coloanele i jugurile separat i apoi se realizeaz configuraia final a miezului cu ajutorul sche-lajului metalic.

Fig. 2.2. mbinarea miezului prin suprapunere. Fig. 3.2. mbinarea miezului prin esere.

Asamblarea prin esere se utilizeaz cel mai des deoarece se micoreaz ntrefierul mbinrii (Fig. 2.3.).n figura 2.3.a i b sunt prezentate dou straturi succesive ale miezului transformatorului pentru cazul monofa-zat i trifazat. La aceste variante s-a adoptat soluia asamblrii la 90o iar n figura 2.3.c asamblarea la 45o i la30o/60o. n figura 2.3.d este figurat spectrul liniilor cmpului magnetic din zona de mbinare a tolelor.

Fig. 2.4. Seciuni transversale prin coloane.

Seciunea transversal a coloanelor este ptrat (pentru transformatoare de mic putere) sau n treptesub forma unui poligon nscris n cerc (Fig. 2.4). Pe msur ce puterea transformatoarelor se mrete, crete idiametrul coloanei nct pentru umplerea unei suprafee mai mari din aria cercului este necesar s se aleag unnumr anumit de trepte. La unitile de mare putere se prevd de-a lungul circuitului magnetic canale de rcireaxiale (Fig. 2.4.b,c).

Fig. 2.5. Seciuni n juguri. Fig. 2.6. Transformator cu cinci coloane.

Jugurile au seciuni de forma indicat n figura 2.5. Pentru jugurile din figurile a, b, c treptele juguluisunt aliniate la nivelul ferestrei la aceeai cot, presarea bobinajului fiind eficient n acest caz. Pentru a uurascoaterea capetelor de bobine se recurge la utilizarea jugurilor cu trepte spre coloane presarea nfurrilor fiindmai eficient n acest caz.

n scopul reducerii dimensiunii jugurilor, la transformatoarele de mare putere se adopt varianta de rea-lizare a miezului cu cinci coloane (Fig. 2.6).

nfurrile transformatorului constituie alturi de circuitul magnetic elemente constructive de baz.Ele trebuie s satisfac o serie de cerine de exploatare (rigiditate dielectric, mecanic, termic) i de producie

3

(costuri reduse, tehnologii simple, consumuri reduse de materiale). Izolaia nfurrilor trebuie s reziste latensiunea de lucru i la supratensiunile atmosferice i de comutaie. De asemenea nfurrile trebuie s aib re-zisten mecanic suficient pentru a evita distrugeri sau deformri permanente, ca urmare a eforturilor electro-dinamice ce apar la scurtcircuite.

Modul de execuie al nfurrilor este impus de valoarea puterii i tensiunilor care vor determina nu-mrul de spire i seciunea acestora. Practica arat c seciunea unui conductor nu trebuie sdepeasc 60 - 80mm2, deci pentru densiti de curent uzuale de 3 - 4 A/mm2 rezult pentru un conductor, valori ale curentului de200 - 300 A. n situaia n care valoarea curentului prin nfurare depete aceste limite se recurge la variantacu mai multe conductoare n paralel sau cu grupe de conductoare n paralel.

Elementul de baz al unei nfurri este spira, care poate fi format din unul sau mai multe conductoa-re n paralel. irul de spire, bobinat pe o suprafa cilindric formeaz un strat, nfurarea putnd avea maimulte straturi izolate ntre ele. O grupde spire ale nfurrii reunite constructiv formeaz o bobin sau un ga-let. nfurarea de pe o coloan poate fi format dintr-o bobin sau mai multe bobine, fiecare fiind formatdintr-un strat sau mai multe straturi de spire. Numrul de spire al unei bobine poate fi ntreg sau fracionar.Pentru a obine rigiditatea dielectric necesar i a asigura rcirea natural a nfurrii, ntre spirele i bobineleei se prevd distane izolante prin care circul fluidul de rcire i izolare (ulei, aer, etc.). Canalele pot filongitudinale (paralele cu axele coloanelor) sau radiale (perpendiculare pe axe).

nfurrile se pot executa cu bobine concentrice (Fig. 2.7) i alternate sau n galei (Fig. 2.8). De obi-cei este preferat prima soluie constructiv, aezarea alternat se ntlnete mai rar la transformatoarele de for-.

Fig. 2.7. nfurri concentrice. Fig. 2.8. nfurri n galei.

La rndul lor nfurrile concentrice se pot executa ca nfurri stratificate (cilindrice) sau ca nfu-rri n galei; o clas special o formeaz nfurrile tip folie.

nfurrile cilindrice sau stratificate sunt formate dintr-o singur bobin n care spirele se succed nsens axial formnd un singur strat sau mai multe straturi (Fig.2.9).

Fig. 2.9. Posibiliti de transpunere a conductoarelor elementare.

n situaia n care se folosesc mai multe conductoare elementare n paralel (deoarece seciunea spirei arezultat mult prea mare), conductoarele ce formeaz o spir sunt de obicei identice i pot fi dispuse pe direcieaxial (Fig. 2.9 -a) sau radial (Fig. 2.9 -b). Se observ c fiecare spir este format din cte dou conductoareelementare de profil dreptunghiular. n cazul dispunerii conductoarelor elementare pe direcie radial, acesteanu ocup poziii geometrice identice n cmpul magnetic nct reactanele de dispersie i rezistenele corespun-ztoare vor fi diferite (mai mari la conductoarele exterioare). Pentru uniformizarea repartizrii curenilor peconductoarele n paralel, acestea trebuiesc transpuse (Fig. 2.9 -c), operaie prin care conductoarele elementareocup diverse poziii pe direcie radial fa de coloan, nct pe ntreaga lungime se obine o echilibrare pentrutoate conductoarele elementare. n situaia n care se folosesc m conductoare elementare n paralel numrultotal de transpuneri necesar pentru egalizarea curenilor prin toate conductoarele elementare este: m 1. ncazul concret n care se folosesc conductoare elementare sunt necesare dou transpoziii. La prima transpoziie

4

conductorul exterior 1 trece n poziia interioar, conductorul elementar 2 trece n poziie exterioar, iar con-ductorul elementar 3 trece din poziia interioar n poziia median (Fig. 2.9 -d). ncruciarea conductoarelor seface la trecerea de la o spir la alt spir i ocup cel puin o nlime de conductor, fapt pus n eviden prinvederea lateral a poriunii de nfurare unde are loc transpoziia (Fig. 2.10 -a). Aceast metod, dei comodi simpl nu poate fi aplicat la un numr mare de transpoziii datoritpierderii mare de spaiu pe nlime.

Pentru evitarea creterii exagerate a lungimii axiale a bobinei se consider suficient o singurtranspoziie (Fig. 2.9 -e) cu ve-derea lateral n figura 2.10 -b. Aceast transpunere nu asigur o repartiieabsolut uniform a curentului n toate conductoarele ele-mentare.

nfurarea spiralat este un caz particular al nfurrii cilindrice ntr-un strat la care spira esteformat din mai multe conductoare n paralel iar ntre spire exist canale radiale de ulei. Aceast nfurare sefolosete la transformatoare de puteri mari cnd numrul conductoarelor elementare crete iar prin deprtareaspire-lor ntre ele se asigur condiii de rcire mult mai bune, fiecare conductor fiind n contact cu uleiul dercire cel puin cu cele dou laturi mici. nfurrile spiralate se pot realiza cu un nceput (Fig. 2.11 -a) i cudou nceputuri, cnd numrul de conductoare elementare devine prea mare (poate aj

View more