UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ENERGETICA I MANAGEMENTUL INDUSTRIAL

SPECIALIZAREA: INGINERIA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE

DISCIPLINA:MAINI SI ACIONRI ELECTRICETEM REFERAT: Transformatoare pentru staiile de redresoare de mare putereCOORDONATOR: .l. ing. Mihnea CmpanSTUDENT COCI PETRE-FLORIN ORADEA-2014CUPRINS

3I.Introducere

4II.Consideraii generale despre transformatoarul electric de mare putere

41.Funcionarea transformatorului electric de putere

52.Miezul feromagnetic

53.Infurrile transformatorului

64.Datele nominale ale unui transformator sunt:

7III.Transformatoare pentru statiile de redresoare de mare putere

71.Instalaia monofazat cu simpl redresare

102.Instalaia monofazat n punte

103.Instalaia trifazat cu simpl redresare

124.Instalaia trifazat n punte

13IV.Bibliografie

I. Introducere

In aceasta lucrare voi vorbi despre transformatorul electric.Transformatorul electric este un aparat care realizeaza o modificare a parametrilor (tensiune,curent) energiei electrice de curent alternativ in scopul adaptarii energiei la caracteristicile functionale diferitilor consumatori.

Transformatorul electric este format din 2 parti componetnte principale: circuitul magnetic si circuitul electric. circuitul magnetic este format din: coloane si juguri iar cel electric este format din infasurarile electrice.

Voi prezenta materialele utilizate la realizarea sistemelor magnetice si anume tabla electrotehnica,care laminata va deveni tola.La randul ei si tola are anumite calitati ca de exemplu factorul de umplere a fierului.

Din punct de vedere al modului de laminare - tolele pot fi laminate la cald sau la rece. Din punct de vedere al continutului de siliciu - tolele pot fi aliate cu siliciu sau fara siliciu, ca element de aliere.

De asemenea voi prezenta si materialele special pentru utilizate pentru constructia miezurilor magnetice si anume table groasa,sticla.

Una din clasificarile sistemelor magnetice este data de modul de realizare precum si de dispunerea in spatiu a acestora.

Amintesc ca circuitele electrice sunt reprezentate de dou sau mai multe nfurri.Infasurarile constituie una din partile cele mai importante ale unui transformator, reprezentand, de fapt, un ansamblu de spire sau bobine care formeaza un circuit electric corespunzand uneia din tensiumle transformatorului.

Elementul constructiv principal al nfasurarii este spira, care reprezinta conductorul sau ansamblul de conductoare legate in paralel care inconjoara o singura data o parte a sistemului magnetic al transformatorului parcurs de fluxul magnetic. . Gruparea de doua sau mai multe spire in serie formeaza o unitate constructiva numita bobina .Locul in care bobinatorul incepe rularea conductorului pe suportul cilindric reprezinta inceputul infasurarii. De asemenea si conductoarele de bobinaj prezinta o larga clasificare.II. Consideraii generale despre transformatoarul electric de mare putere

Transformatorul electric este o main electromagnetic static de curent alternativ, care transform o energie electromagnetic primar de anumii parametrii (u1,i1) ntr-o energie electromagnetic secundar de ali parametrii (u2,i2), frecvena rmane ins constant (f1=f2=ct.). Cei doi parametrii care ne dau puterea: u-tensiunea i i-curentul, sufer prin transformare schimbri inverse, astfel dac tensiunea se micoreaz, curentul se mrete i invers.La baza funcionrii transformatorului st principiul induciei electromagnetice.1. Funcionarea transformatorului electric de putere

- are la baz cele dou legi ale cmpului magnetic prezentate anterior: legea circuitului magnetic n forma sa redus prezentat de teorema lui Ampre i legea induciei electromagnetice, respectiv termenul t.e.m. induse prin pulsaie, e p Noaii la transformatorul monofazat cu dou nfurri i parametrii acestora: u - tensiunea la bornele nfurrii; i - curentul prin nfurare; w - numrul de spire ale nfurrii (indicele (1) pentru circuitul primar i indicele (2) pentru cel secundar); - fluxul magnetic prin miez (datorat ambelor infasurari); e - t.e.m. indus ntr-o spir (e = - d/dt). Transformatorul electric este construit din dou sau mai multe nfurri bobinate pe un miez feromagnetic. Elementele constructive ale transformatorului sunt puse n eviden n figura 1.1

fig.1.1 Transformator de putere trifazat. Elemente constructive generale2. Miezul feromagnetic

- are rolul circuitului de nchidere al fluxului magnetic, dar i rol mecanic de susinere a nfurrilor. El este realizat din oel electrotehnic, sub form de tabl silicioas (aliaj Fe+C+Si), laminat la rece, cu cristale orientate (la majoritatea construciilor). Tabla are un coninut de siliciu mai mare dect pentru mainile rotative, cca. 4%, tolele au grosimea de (0,3....0,35) mm i sunt izolate cu lacuri sau oxizi ceramici. Aceste particulariti ale tablei de transformator au ca scop reducerea pierderilor n fier n timpul funcionrii. La orice miez magnetic de tip transformator se disting: coloanele, pe care se aflaezate nfurrile i jugurile, care asigur o cale de nchidere de minim reluctan pentru fluxul magnetic. La puterile medii i mari (peste 1 kVA) miezul se realizeaz din tole dreptunghiulare, prin mpachetare, suprapunerea lor fcndu-se prin ntreesere. La mbinarea coloanelor cu jugurile se formeaz ntrefieruri, a cror lrgime se caut s se minimizeze prin soluii tehnologice i printr-o execuie ngrijit, deoarece de mrimea lor depinde consumul de energie reactiv la funcionarea transformatorului. Tierea tolei la coluri se poate face la 90 o , sau la 45 o , soluie care reduce pierderile n fier.

Miezul transformatoarelor monofazate de mic putere (de ordinul sutelor de VA) se realizeaz n manta (cu trei coloane, dintre care cea central este activ, adic susine nfurrile, celelalte avnd numai rol pentru nchiderea fluxului magnetic). Aceste miezuri sunt construite din tole tipizate de tip E i I, sau din tabl roluit [M,1].

Seciunea miezurilor magnetice se realizeaz de form ptrat, dreptunghiular, sau n trepte dreptunghiulare, astfel nct forma geometric s se nscrie, cu un factor de umplere ct mai bun, ntr-un cerc.3. Infurrile transformatorului

-se realizeaz din material conductor, cupru sau aluminiu, sub form de conductoare rotunde sau profilate, bobinate sub diverse forme, dintre care cel mai frecvent utilizate sunt bobinajele cilindrice stratificate. Bobinele nfurrilor primar i secundar se aeaz concentric, sau suprapus pe nlimea coloanei (bobinele unei nfurri alternnd cu ale celeilalte).

Conductoarele se izoleaz cu material aparinnd clasei de izolaie (hrtie pentru transformatoare n clas de izolaie Y i stratificat cu sticl n clas de izolaie F). La unele nfurri se prevede izolaie ntre straturi, de asemenea se prevede izolaie de aer ct i realizat cu materiale izolante ntre nfurri i ntre acestea i miezul magnetic, respectiv sistemul de consolidare (desigur materialele se aleg tot n acord cu clasa de izolaie).

Sistemul de consolidare este n principal realizat din elementele de strngere a miezului (profile U i buloane sau chingi pentru strngerea tolelor, tirani pentru strngerea pe vertical, toate realizate din oel nemagnetic) i elementele de consolidare a bobinajelor (pene, distanori, cilindri din materiale specifice clasei de izolaie).

Rcirea transformatoarelor se face n ulei sau n aer. Transformatoarele n ulei au ntreaga construcie imersat ntr-o cuv cu ulei de transformator. Cedarea cldurii de la nfurri i miez, n timpul funcionrii, se face prin convecie natural sau forat, ctre ulei i de la ulei la cuv. Evacuarea cldurii n exterior este favorizat de o suprafa ct mai mare a cuvei, de aceea se ataeaz acesteia evi sau radiatoare. Transformatoarele cu rcire n aer (se mai numesc uscate) cedeaz cldura direct aerului care nconjoar prile active. In construcie uscat se fac toate transformatoarele de mic putere, transformatoarele care se utilizeaz n electronica de putere, ct i cele destinate s funcioneze n cldiri i mai ales n locuri cu protecie sporit la incendii.Transformatoarele sunt echipate cu o serie de accesorii: izolatori i borne pentru a permite legtura electric ntre nfurri i circuitele exterioare, placa de borne care permite fixarea acestora, elemente de control al bunei funcionri (verificarea temperaturii, umiditii i nivelului lichidului n cuv la transformatoarele n ulei).Se bazeaz pe legea induciei electromagnetice transfernd putere electric dintr-un circuit (al nfurrii primare) n altul (al nfurrii secundare). Puterea transferat este aproximativ constant, deoarece pierderile n transformator sunt foarte reduse (cca. 5% din puterea transferat). Transformatorul este utilizat pentru modificarea tensiunii i, deoarece puterea este aprox. constant, rezult modificarea n proporie invers a intensitii curentului ntre cele dou circuite pe care le cupleaz. Construcia i principiul de funcionare l caracterizeaz ca fiind reversibil.4. Datele nominale ale unui transformator sunt:

-puterea nominal-SN (VA)- reprezint puterea aparent la bornele circuitului secundar;

-tensiunea nominal primar-U1N(V)-reprezint tensiunea aplicat nfurrii primare n regim nominal;

-tensiunea nominal secundar-U2N(V)-este tensiunea rezultat la bornele secundare, la mersul n gol, primarul fiind alimentat cu tensiunea U1N ;

-raportul nominal de transformare- k- este raportul ntre tensiunea primar i cea secundar la mersul n gol;

-curentul nominal (primar i secundar)- curentul de linie I1N,I2N(A);

-frecvena nominal- 50Hz n Europa, 60 n America de Nord;

-randamentul-;

-schema i grupa de conexiuni.III. Transformatoare pentru statiile de redresoare de mare putere

In mod frecvent tensiunea nominal a reelelor de alimentare difer de tensiunea necesar unor consumatori de curent continuu, alimentai prin redresoare cu elemente semiconductoare i cele mai multe instalaii de redresare funcioneaz alimentate prin transformator. Funcionarea redresorului (prin suprimarea unor alternane ale curentului care l strbate), deformeaz i curenii prin nfurrile transformatorului. Regimul deformant aduce solicitri suplimentare transformatorului i impune o supradimensionare a acestuia, fa de cazul n care ar lucra n regim sinusoidal.

Pentru a evidenia cteva dintre particularitile de funcionare ale acestor transformatoare se impun o serie de ipoteze simplificatoare:

- transformatoarele se consider fr pierderi (ideale);

- conducia diodelor se presupune ideal (se neglijeaz timpii de comutaie);

- sarcina transformatorului are un caracter puternic inductiv, astfel nct constanta de timp a circuitului de sarcin este mult mai mare dect perioada tensiunii de

alimentare T=.

5. Instalaia monofazat cu simpl redresare In figura 2.1 este reprezentat aceast instalaie, alimentat la o tensiune sinusoidal i avnd drept sarcin consumatorul R-L. Elementul de redresare este dioda D. Datorit caracterului puternic inductiv al consumatorului, curentul prin sarcin este deformat, trecerea lui prin zero fiind ntrziat (figura 2.2a pentru circuitul R-L fr diod de redresare, respectiv figura 2.2b pentru mrimile redresate). Cnd D este n circuit, conduce atta timp ct i1 2 = i2 s > 0. Chiar cnd Us trece sub valoarea 0, prelungirea curentului Is foreaz conducia n intervalul t [, t 1 ]. sarcin (n intervalul t 1 < t < 2), se adaug dioda D' care preia conducia n intervalul cnd este polarizat direct ( < t < 2) (figura 2.2c). Fig.2.1 Schema de redresare monoIn figura 2.3 sunt reprezentate(idealizat) formele de und ale curenilor prin transformator.Curentul secundar i 2 are pulsuri:i 2 = I s pentru 0 < t < i 2 = 0 pentru < t < 2 deci forma sa de und prezint o component continu de mrimea I s /2, care nu are corespondent n primar.

fig.2.2 Formele de und ale tensiunii i curentuluiIn figura 2.2 sunt reprezentate (idealizat) formele de und ale curenilor prin transformator. Curentul secundar i 2 are pulsuri:

i 2 = I s pentru 0 < t < i 2 = 0 pentru < t < 2 deci forma sa de und prezint o component continu de mrimea I s /2, care nu are corespondent n primar. Fig. 2.3 Formele de und ale curenilor prin transformator (secundar, primar).

Compensarea solenaiilor nfurrilor transformatorului (n ipoteza neglijrii curentului de magnetizare) conduce la relaia: ceea ce conduce pentru i 1 la form de und ca n figura 2.3.Calculnd puterile n circuitul primar, respectiv n cel secundar, rezult: unde s-a inut seama de valoarea medie a tensiunii redresaterespetiv;

unde s-a inut seama de relaia pentru valoarea efectiv a curentului i2 : S-a notat P s = U s I s puterea necesar sarcinii (n curent continuu). Din relaiile de mai sus rezult ncrcarea diferit a celor dou nfurri. Pentru a se evita o supradimensionare a transformatorului (prin care va circula puterea S = 1,57 P s ), se face compromisul dimensionrii lui la cca. 1/2(S1 + S2 ) 1,34 Ps , urmnd ca secundarul s funcioneze suprancrcat. In cazul sarcinii R-L predominant rezistive, curentul i s ar varia n timp ca i tensiunea us , respectiv curentul i 2 , adic dioda D ar permite numai trecerea alternanelor pozitive i dioda D' nu ar mai avea nici un rol, deoarece la momentul t = s-ar ntrerupe conducia lui D simultan cu trecerea prin zero a curentului i s = i 2 . In acest caz, refcnd calculele, secundarul transformatorului ar trebui ncrcat la puterea S 2 3,5 P s , care este diferit mult de cea a primarului.6. Instalaia monofazat n punte

(fig. 2.23) este mai avantajoas deoarece permite redresarea ambelor alternane ale tensiunii secundare. Curentul i 2 nu mai are component continu, iar Transformatorul este, de aceast dat, mult mai bine utilizat.

fig.2.4.Instalaie monofazat n punte7. Instalaia trifazat cu simpl redresare- reprezentat n figura 2.5 alimenteaz cu tensiune redresat un circuit R-L. Redresorul este conectat la o reea trifazat prin intermediul unui transformator trifazat cu conexiunea nfurrilor Yy o -6, consumatorul fiind conectat ntre punctul neutru al stelei nfurrilor secundare i catodul comun al diodelor. Fiecare diod conduce atta timp ct anodul ei este la un potenial mai ridicat dect al celorlalte dou diode (fig. 2.25), iar curentul pe fiecare faz secundar a transformatorului este diferit de zero doar ct dioda de pe faza respectiv este n conducie. Curentul de faz secundar are o component continu (de ex.: pentru faza A, I 2a reprezentat n figura 2.25), care nu se transmite n primar; astfel,

Puterile aparente cu care se ncarc transformatorul au expresiile: ceea ce face ca puterea de calcul a transformatorului s se considere i n acest caz o valoaremedie ntre cele dou puteri:

Fig.2.5.Instalaie trifazat cu simpl redresare

Fig.2.6.Tensiunea redresat i curenii n nfurrile transformatorului8. Instalaia trifazat n punte

n(fig. 2.7) permite redresarea ambelor alternane ale tensiunii pe fiecare faz i elimin componenta continu a curentului de faz secundar. In acest caz, tensiunea Us avnd ase pulsuri pe o perioad este mai neted, iar puterea transformatorului este se produce astfel redresarea n condiiile unei foarte bune utilizri a transformatorului.IV. Bibliografie1. Biro K.A, Viorel I.A., Szabo L.,Hennerberger G. Masini electrice speciale", Editura Mediamira, Cluj Napoca, 2005.2. Alina Viorel.- prezentari masini electrice speciale(1).rar\prezentari - RAR archive, unpacked size.3. I.P.Mihu.-curs Sisteme ncorporate 2011

4. Constantin Ghit - Masini electrice, Ed Matrix Rom, Bucuresti, 2005, ISBN 973-685-919-35. Ion Mihai - inginer, Dorin Merisca - inginer, Eugen Mnzrescu - inginer -Manual pentru autorizarea electricienilor instalatori Centrul de Informare si Documentare pentru Energetic, Bucuresti 1998