transformatorul electric – parametri

of 23 /23
142 TRANSFORMATOARE ŞI MAŞINI ELECTRICE. Teorie, identificări de parametri şi metode de testare Capitolul 5 TRANSFORMATORUL ELECTRIC – PARAMETRI ŞI DETERMINĂRI EXPERIMENTALE Transformatorul poate fi definit ca un aparat static (fără părţi în mişcare) care transformă curenţii alternativi la o anumită tensiune în curenţii alternativi de aceeaşi frecvenţă, însă la altă tensiune. 5.1. Construcţia şi principiul de funcţionare a transformatorului Principalele părţi constructive ale transformatorului sunt: a) miezul magnetic; b) sistemul de înfăşurări; c) schela şi cuva transformatorului; d) accesoriile. Tipurile constructive de bază sunt prezentate în fig.5.1. Figura 5.1. Tipuri constructive de miez magnetic pentru transformatoare monofazate: a) în coloană, b) în manta; 1 – înfăşurare primară, 2 – înfăşurare secundară. În figura 5.2. se prezintă un transformator electric trifazat de 20 MVA fabricaţie Electroputere Craiova. Miezul magnetic Miezul magnetic se realizează din tablă pentru transformatoare – aliaj fier şi siliciu Si (0,7 – 4,5)%. Sunt utilizate următoarele sorturi de material: tablă laminată la cald – mai scumpă, dar cu pierderi mai mici; tablă laminată la rece (grosime 0,35- 0,28 mm). a b Figura 5.2. Transformator 20 MVA, a) miezul şi sistemul de înfăşurări înainte de introducerea în cuvă; b) transformator asamblat.

Author: alex-georgescu

Post on 13-Dec-2014

100 views

Category:

Documents


6 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

TRANSFORMATORUL

TRANSCRIPT

142

TRANSFORMATOARE I MAINI ELECTRICE. Teorie, identificri de parametri i metode de testare

Capitolul 5

TRANSFORMATORUL ELECTRIC PARAMETRI I DETERMINRI EXPERIMENTALETransformatorul poate fi definit ca un aparat static (fr pri n micare) care transform curenii alternativi la o anumit tensiune n curenii alternativi de aceeai frecven, ns la alt tensiune.

5.1. Construcia i principiul de funcionare a transformatoruluia) b) c) d) Principalele pri constructive ale transformatorului sunt: miezul magnetic; sistemul de nfurri; schela i cuva transformatorului; accesoriile. Tipurile constructive de baz sunt prezentate n fig.5.1.

a

Figura 5.1. Tipuri constructive de miez magnetic pentru transformatoare monofazate: a) n coloan, b) n manta; 1 nfurare primar, 2 nfurare secundar. n figura 5.2. se prezint un transformator electric trifazat de 20 MVA fabricaie Electroputere Craiova. Miezul magnetic Miezul magnetic se realizeaz din tabl pentru transformatoare aliaj fier i siliciu Si (0,7 4,5)%. Sunt utilizate urmtoarele sorturi de material: tabl laminat la cald mai scump, dar cu pierderi mai mici; tabl laminat la rece (grosime 0,35- 0,28 mm).

b Figura 5.2. Transformator 20 MVA, a) miezul i sistemul de nfurri nainte de introducerea n cuv; b) transformator asamblat.

Cap. 5. Transformatorul electric parametri i determinri experimentale

143

144

TRANSFORMATOARE I MAINI ELECTRICE. Teorie, identificri de parametri i metode de testare

Transformatoarele monofazate se pot construi n urmtoarele variante: 1) cu circuite magnetice independente; 2) n coloan: - cu miezuri simetrice cu 3 coloane figura 5.3.a; - cu miezuri nesimetrice cu 3 coloane figura 5.3.b; - cu miezuri cu 5 coloane n linie figura 5.4.a; 3) n manta.

Figura 5.5. Tipuri de nfurri la transformatoare: a) cilindrice; b) alternate. Accesorii Principalele accesorii sunt: izolatoare de trecere, dispozitive de protecie releul cu gaze Bucholz, relee de temperatur, aparat de deshidratare a aerului, comutator de reglare a tensiunii. Principiul de funcionare Funcionarea transformatorului are la baz fenomenul induciei electromagnetice. Dac nfurarea primar se conecteaz la o reea cu tensiunea U1, variabil n timp, datorit curentului ce apare n nfurarea primar, n miezul feromagnetic ia natere un flux magnetic variabil. Ca urmare, nfurarea secundar fiind nlnuit de un flux variabil, rezult o tensiune electromotoare. Dac nfurarea secundar se nchide peste un circuit de utilizare, n acest circuit se vor stabili cureni datorit tensiunii electromotoare induse figura 5.2.a.

Figura 5.3. Variante constructive pentru transformatoare trifazate: a) miez simetric n coloane, b) miez nesimetric cu trei coloane

Figura 5.4. a) Transformator cu cinci coloane n linie; b) Seciune coloan n trepte Coloanele se execut n general n trepte cu seciune ct mai apropiat de seciunea rotund figura 5.4.b. nfurrile nfurrile transformatoarelor pot fi: cilindrice figura 5.5.a. nfurri alternate sau n galei figura 5.5.b. Bobinele se pot face ntr-un strat (JT) sau n mai multe straturi (MT, IT). Schela i cuva Elementele pentru strngere i rigidizare se constituie n schela transformatorului. Ansamblu miez-nfurri se introduce n cuva transformatorului n care se gsete ulei de transformator. Exist i varianta constructiv de transformator uscat transformatorul este n aer, fr cuva cu ulei.

5.2. Transformatorul monofazat5.2.1. Ecuaiile de funcionare n regim staionarSe va urmri funcionarea transformatorului cu ajutorul teoriei tehnice care ine seama de pierderile n fier i de saturaie. Se consider iniial miezul nesaturat ( = ct) i fr pierderi, iar apoi se vor considera influenele saturaiei i pierderilor. Indicele 1 corespunde primarului, iar 2 secundarului. Asocierea sensurilor se face astfel: 1 receptor; 2 surs. Cmpul magnetic are dou componente: cmpul magnetic util (prin miez) i cmpul magnetic de dispersie (prin aer) figura 5.6. Cmpul magnetic util depinde de solenaia ambelor nfurri, iar cmpul magnetic de dispersie depinde numai de solenaia primar, respectiv de cea secundar.

Cap. 5. Transformatorul electric parametri i determinri experimentale

145

146

TRANSFORMATOARE I MAINI ELECTRICE. Teorie, identificri de parametri i metode de testare

Deoarece liniile cmpului magnetic de dispersie se nchid mai ales prin aer ( 0 = ct ), inductivitatea corespunztoare acestor linii poate fi considerat constant. Pe baza fluxului de dispersie se pot defini inductivitile de dispersie din primar i din secundar:

u1 = R1i1 + L1

L 1 = L 2

1 ; i1

1 = i1L1 (5.1)

2 ; 2 = i2 L2 = i2

di1 ue1 dt di u2 = R2i2 + L2 2 ue2 dt ue1 N1 = ue2 N 2

(5.5)

di2 1 i2 dt + dt C Ultima ecuaie din (5.5) reprezint ecuaia general a circuitului de utilizare din secundar. Considernd o variaie sinusoidal a tensiunii la borne, fluxul fascicular util este: (5.6) u (t ) = um sin t u2 = Ri2 + L d u = N1 um cos t (5.7) dt Rezult valoarea efectiv a tensiunii electromotoare induse n nfurarea primar, pe faz: 2 ue1 = f N1 um 2 ue1 (t ) =

Figura 5.6. Componentele cmpului magnetic i asocierea sensurilor pentru stabilirea ecuaiilor. Dac se aplic legea induciei electromagnetice pe o curb nchis format din spire i curba tensiunii la borne, se obin ecuaiile:

Aceast relaie este similar cu t.e.m. indus pe faz ue la nfurrile de curent alternativ pentru kB = 1. Deoarece R1 i L1 au valori mici, din prima ecuaie din (5.5) rezult c i la sarcini apropiate de sarcina nominal: u1 ue1 cderea pe R1 i L1 reprezentnd (2 - 3)% din u1. Deci ue1 este independent de i1 i i2. Tensiunea electromotoare primar ue1 depinde de fluxul util u . (5.8);

d 1 R1i1 u1 = dt R i + u = d 2 22 2 dt

d R1i1 u1 = ( u1 + 1 ) dt R i + u = d ( + ) 2 22 2 u2 dt

(5.2)

n care u i u sunt nlnuirile utile: 1 2 u1 = N 1 u ; u2 = N 2 u

(5.3)

u =

Rm

(5.9)

Se noteaz cu ue1 i ue2 t.e.m. induse de fluxul util n nfurarea primar, respectiv n cea secundar. d u d u1 = N1 = ue1 dt dt d = N d u = u 2 u2 e2 dt dt

d 1 di = L1 1 dt dt d 2 = L di2 2 dt dt

(5.4)

unde: - solenaia total; Rm reluctana circuitului magnetic prin care se nchide u. Rezult o concluzie fenomenologic important: cu aproximaie foarte bun solenaia total este determinat numai de tensiunea la borne i aproximativ constant:

S 0n care S - solenaia n sarcin; 0 - solenaia n gol.

(5.10)

Cap. 5. Transformatorul electric parametri i determinri experimentale

147

148

TRANSFORMATOARE I MAINI ELECTRICE. Teorie, identificri de parametri i metode de testare

S = N 1 i1 + N 2 i 2 0 = N 1 i10Rezult

(5.11) (5.12) (5.13)Rm

De aici rezult impedana de magnetizare, cu componentele: - rezistena de magnetizare corespunznd pierderilor n fier;

N 1 i10 N 1 i1 + N 2 i 2

unde i10 este curentul de funcionare n gol. Deoarece ue depinde de , iar depinde de i10, rezult c ue depinde liniar de i10 (dac nu se consider saturaia). Din punct de vedere fenomenologic apar urmtoarele: 1 - armonici superioare (n flux i curent) cea mai important fiind cea de ordinal 3 datorit caracterului neliniar al curbei de magnetizare; 2 - pierderi n fier datorit curenilor turbionari i fenomenului de histerezis. Observaie: - curenii i/sau fluxul nesinusoidal care pot s apar la funcionarea transformatorului sunt n general funcii simetrice de timp:

X m - reactan de magnetizare definit pe baza fluxului magnetic util din miezul feromagnetic. Observaie: situaia este similar cu cea care apare la o bobin cu miez de fier, adic o parte pur reactiv (bobin pur) i o parte activ cu care se echivaleaz pierderile prin histerez i cureni turbionari. Dac se neglijeaz rezistena fazei (respectiv pierderile Joule n nfurarea primar) i cmpul de dispersie (care este de ordinul procentelor din cmpul util), se obin urmtoarele relaii aproximative, utile n interpretrile fenomenologice: u1 ue1 ; U 1 = Z m I 10 ; U 1 = I 1 Z 1 U e1 U 2 = I 2 Z 2 + U e2U e1 N 1 = U e2 N 2 U e1 = I 10 Z m

U e1 = Z m I 01

(5.19)

T u (t ) = u (t ). (5.14) 2 Aceste funcii descompuse n serie Fourier nu au armonici pare. De aceea, n general la mainile electrice, nu apar n considerare armonicile pare. Transferul energiei are loc pe baza armonicii fundamentale. n consecin se va considera la stabilirea ecuaiilor numai aceast armonic. Unde va fi necesar se vor lua n considerare i celelalte armonici, specificndu-se acest aspect. Se poate trece n complex simplificat ecuaia solenaiilor:N1 I 1 + N 2 I 2 = N1 I 10(5.13) La funcionarea n gol a transformatorului curentul secundar i 2 = 0. Apare numai magnetizarea miezului i se produc pierderile n fier. Deci curentul de mers n gol are o component de magnetizare I 10 (sau reactiv) i o component corespunztoare pierderilor n fier (sau activ) I10a: (5.15) I 10 = I 10 a + I 10 Deoarece n acest regim puterea activ, necesar acoperirii pierderilor n fier, este mult mai mic dect puterea reactiv necesar magnetizrii miezului rezult c: (5.16) I 10 a