transformator 6

23
TRANSFORMATORUL TRIFAZAT 1 Masini electrice – Curs şi aplicaţii Unitatea de învăţare nr. 6 TRANSFORMATORUL TRIFAZAT Cuprins Pagina Obiectivele unităţii de învăţare nr. 6 6.1 Construcţia transformatoarelor trifazate 6.2 Conexiunile şi grupele de conexiuni ale transformatoarelor trifazate 6.3 Funcţionarea în paralel a transformatoarelor de putere 6.4 Condiţiile impuse transformatoarelor funcţionând în paralel; încărcarea transformatoarelor 6.5 Transformatoare speciale Lucrare de verificare – unitatea de învăţare nr. 6 Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare Bibliografie – unitatea de învăţare nr. 6

Upload: giorgiana-stefana

Post on 24-Nov-2015

152 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    1 Masini electrice Curs i aplicaii

    Unitatea de nvare nr. 6

    TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    Cuprins Pagina

    Obiectivele unitii de nvare nr. 6 6.1 Construcia transformatoarelor trifazate 6.2 Conexiunile i grupele de conexiuni ale transformatoarelor trifazate 6.3 Funcionarea n paralel a transformatoarelor de putere 6.4 Condiiile impuse transformatoarelor funcionnd n paralel; ncrcarea

    transformatoarelor

    6.5 Transformatoare speciale Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 6 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie unitatea de nvare nr. 6

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    2 Masini electrice Curs i aplicaii

    OBIECTIVELE unitii de nvare nr. 6

    Principalele obiective ale Unitii de nvare nr. 6 sunt:

    Sublinierea aspectelor practice in constructia transformatoarelor

    6.1 Construcia transformatoarelor trifazate

    Intr-o reea trifazat se pot utiliza fie trei transformatoare monofazate alctuind un grup transformatoric fie un transformator trifazat cu miez unic. n primul caz (fig.1.35) nfurrile primare ale celor trei transformatoare monofazate sunt conectate n stea, nceputurile A, B, C urmnd a fi alimentate de la reea, ca i nfurrile secundare, la cere capetele a, b, c alimenteaz reeaua utilizatorilor. Oricare din sistemele de nfurri, primare sau secundare, pot fi ns conectate i n triunghi. n figura 1.36 este reprezentat o construcie trifazat compact, avnd acelai miez pentru toate fazele, ambele nfurri fiind conectate n stea. Ambele soluii prezint att avantaje, ct i dezavantaje. La grupul transformatoric, fabricaia i transportul sunt mai uoare, iar - pe de alt parte - este suficient un singur transformator monofazat de rezerv n staie, dar construcia n totalitate este mai scump. Soluia este curent folosit pentru transformatoare de mare putere ( nS >40 MVA) i tensiuni ridicate (UI.T. 220kV), la care problemele de transport i montaj intervin pe primul plan. A doua soluie este mai puin costisitoare deoarece nfurrile sunt montate pe un circuit magnetic unic, dar transformatorul este mai greu de transportat n cazul unitilor de mare putere i este necesar un transformator trifazat de rezerv, n staie.

    Fig.1.35 Fig.1.36

    Posibilitatea utilizrii pentru transformatoarele trifazate a miezurilor cu trei coloane i dou juguri reiese din analiza figurilor 1.37, a, b, i c. Dac trei transformatoare se plaseaz unul fa de

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    3 Masini electrice Curs i aplicaii

    cellalt ca n figura 1.37,a atunci coloanele 1`, 2`, 3` (fig. 1.35) se pot reuni ntr-o singur coloan. ns ntr-un sistem trifazat simetric, suma fluxurilor magnetice utile a celor trei faze este nul:

    0=++CBA

    (1.112.)

    Prin urmare, n coloana comun din figura 1.37, a fluxul magnetic va fi totdeauna nul i aceast coloan nu se justific. Se ajunge deci la soluia constructiv din figura 1.37, aceast construcie introduce o oarecare nesimetrie magnetic. n practic nesimetria se reduce prin mrirea seciunilor jugurilor rmase cu 5-15%. Totui, datorit nesimetriei magnetice, la funcionarea n gol curenii din nfurrile dispuse pe coloanele laterale sunt mai mari dect curentul din nfurarea dispus pe coloana din mijloc. Curenii la funcionarea n gol IA0, IB0, IC0, a cror sum este nul n cazul conectrii n stea fr fir neutru, vor forma deci un sistem trifazat nesimetric, cu defazaje diferite de 1200. Ecuaiile difereniale sau n complex ale transformatorului monofazat, diagrama de fazori i schema echivalent se pot utiliza i pentru studiul funcionrii unui grup format din trei transformatoare monofazate. Pentru transformatoarele trifazate cu miez compact aplicarea teoriei transformatorului monofazat la una din fazele transformatorului trifazat este posibil numai dac transformatorul funcioneaz n sarcin simetric. n cele ce urmeaz se va avea n vedere aceast situaie, urmnd ca funcionarea transformatorului trifazat ncrcat nesimetric s fie examinat ntr-un paragraf special.

    Fig.1.37

    6.2 Conexiunile i grupele de conexiuni ale transformatoarelor trifazate

    A. Schemele de conexiuni

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    4 Masini electrice Curs i aplicaii

    nfurrile primare, respectiv secundare ale transformatoarelor trifazate pot fi conectate, n principiu, n stea, n triunghi sau zigzag.

    Forma constructiv cea mai des ntlnit pentru circuitul magnetic al transformatorului trifazat const din trei coloane reunite n partea lor superioar i inferioar cu cte un jug magnetic prin care se nchid liniile de cmp magnetic. La aceast variant constructiv se realizeaz economie de fier i simplitate constructiv. Alte variante constructive se realizeaz cu ajutorul transformatoarelor monofazate prin conexiune trifazat, stea sau triunghi, a nfurrilor primare i secundare sau cu transformatoare cu cinci coloane (trei pentru nfurri i 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 se mai pot lega i n zig-zag, cu nulul accesibil, pentru alimentarea receptorilor monofazai. Reprezentarea schematic a conexiunilor este

    Fig. 1.38

    a) Conexiunea stea se simbolizeaz prin litera Y pentru nfurarea de nalt tensiune i litera y pentru joasa tensiune. Aceast schem se realizeaz conectnd mpreun nceputurile sau sfriturile de faz, (fig.1.39,a), iar capetele libere se scot la bornele transformatorului; uneori se scoate i nulul conexiunii la o born accesibil pe capacul transformatorului. n regim armonic, valoarea efectiv a tensiunii de linie este de 3 ori mai mare dect valoarea efectiv a tensiunii de faz - (fig.1.39,b).

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    5 Masini electrice Curs i aplicaii

    Fig. 1.39

    La conexiunea stea armonicile sinfazice (de ordinul 3,9,15 etc.) din tensiunile de faz , de amplitudini egale, nu apar n tensiunea de linie. Aceast conexiune se utilizeaz la transformatoarele de putere pe partea de nalt i foarte nalt tensiune, precum i la transformatoarele de distribuie.

    b)Conexiunea triunghi se simbolizeaz prin litera D pentru nfurarea de nalt tensiune i litera d pentru joasa tensiune. Practic schema se realizeaz conectnd sfritul unei nfurri de faz cu nceputul altei nfurri, legturile de la punctele respective de conectare fiind scoase la borne. Exist dou moduri distincte de a efectua aceste conexiuni: fie prin conectarea extremitilor A cu Y, cu Z i C cu X (fig.1.40,a) la o nfurare de nalt tensiune, fie prin conectarea extremitilor X cu B, Y cu C i Z cu A. La conexiunea triunghi tensiunea de faz este egal cu tensiunea de linie, iar curentul de

    faz este de 3 ori mai mic dect curentul de linie (fig.1.40,b). Din aceast cauz schema de conexiuni triunghi se utilizeaz n cazul n care curenii de linie au valori mari, deci pe partea de joas tensiune a transformatoarelor de putere, rezultnd o seciune de conductor a nfurrii de faz mai redus, cu avantaje tehnologice de execuie. La aceast schem de conexiuni armonicile sinfazice din curba curenilor de faz nu mai apar n curba curentului de linie, acestea nchizndu-se n interiorul conexiunii; prin urmare curentul de linie nu mai conine armonica de ordinul 3.

    Fig.1.40

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    6 Masini electrice Curs i aplicaii

    c) Conexiunea zigzag se simbolizeaz prin litera z pentru nfurarea de joas tensiune i prin litera Z pentru nalta tensiune (mai rar utilizat, la transformatoare speciale). Fiecare nfurare de faz este format din cte dou semibobine identice care se conecteaz n felul urmtor: sfritul unei semibobine de pe o coloan este legat cu nceputul unei semibobine de pe alt coloan (de exemplu x cu b`, y cu c` si z cu a` n fig.1.40), extremitile x`, y` ;si z` cu a` fiind conectate n stea.

    Fig.1.41

    Tensiunea de faz la schema de conexiuni zigzag, n cazul cnd cele dou bobine de pe coloane diferite au acelai numr de spire, are valoarea:

    bbz fff UUU 330cos20

    == (1.112)

    unde bfU este tensiunea corespunztoare unei semibobine.

    Dac cele ase semibobine s-ar nseria tot cte dou, dar ambele de pe aceeai coloan, s-ar realiza o schem de conexiuni stea. n acest caz tensiunea de faz ar fi:

    by ff UU 2= (1.113) deci mai mare dect n cazul conexiunii z, n raportul:

    15,13

    23

    2==

    b

    b

    z

    y

    f

    f

    f

    f

    UU

    UU

    (1.114)

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    7 Masini electrice Curs i aplicaii

    Prin urmare, tensiunea pe faz la conexiunea zigzag este mai mic dect la conexiunea stea. Pentru a obine aceeai tensiune, numrul de spire trebuie majorat de 1,15 ori, deci nfurarea conectat n zigzag are un consum de material conductor cu 15% mai mare dect nfurarea conectat n stea sau n triunghi.

    ntre mrimile de faz i cele de linie este aceeai dependen ca i la conexiunea stea:

    zfUU 3=l yfII =l (1.115)

    Schema de conexiuni zigzag se utilizeaz pe partea de joas tensiune a transformatoarelor de distribuie. Conexiunile transformatoarelor trifazate se deosebesc i prin defazajul dintre tensiunile de linie primare i cele secundare corespunztoare. innd cont de acest lucru, exist 12 grupe de conexiuni, defazajul specific fiecrei grupe fiind exprimat de o cifr, care este trecut dup notaia simbolic i care, nmulit cu 30o (unitatea de unghi electric) d defazajul menionat.

    6.3 Funcionarea n paralel a transformatoarelor de putere Necesitatea asigurrii unei rezerve n alimentarea cu energie electric a consumatorilor, ct i

    creterea n timp a consumului de energie, impune funcionarea n paralel a transformatoarelor. Pentru o repartiie a curenilor de sarcin proporional cu puterile nominale, transformatoarele conectate n paralel trebuie s aib acelai raport de transformare (aceeai tensiune aplicat primarului i aceeai tensiune obinut la secundar), aceeai grup de conexiuni i aceleai tensiuni de scurtcircuit. Dou sau mai multe transformatoare se consider c funcioneaz n paralel dac au bornele primare legate la aceeai reea de alimentare, de tensiunea U1, iar bornele secundare sunt conectate la o reea receptoare de tensiune U2. n figura 1.42 este reprezentat schema de principiu a conectrii n paralel a dou transformatoare monofazate, n care Z este impedana sarcinii.

    Prezena mai multor transformatoare funcionnd paralel n staiile electrice de transformatoare se justific printr-o investiie ealonat n timp, printr-un grad de siguran n exploatare sporit i prin posibilitatea de a asigura ncrcarea transformatoarelor n regimuri optime.

    Fig.1.42

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    8 Masini electrice Curs i aplicaii

    Desigur, n aceast situaie, pentru o putere total dat, costurile investiiei cresc, deoarece se mresc consumurile de materiale i spaiile necesare amplasamentului; totodat cresc i pierderile de putere. Trebuie, ns, avut n vedere faptul c receptorul alimentat de la staie se dezvolt treptat n mai muli ani, ca putere cerut de la staie i nu exist nici o raiune c se utilizeaz n staie, de la nceput, un transformator a crei putere s acopere sarcina la care se va ajunge de abia peste civa ani. n majoritatea cazurilor, fracionarea puterii transformatorului n mai multe uniti mai mici se dovedete economic i apare pe deplin justificat nzestrarea treptat a staiei cu unitile necesare, pe msura dezvoltrii receptorului deservit de staie. n acelai timp se rezolv mai economic i problema rezervei i asigurrii continue cu energie electric a receptorului ntruct, dac se defecteaz unul din transformatoarele staiei, celelalte pot suporta complet sau parial, pentru o scurt vreme, ntreaga

    sarcin.

    Pe de alt parte, n cazul unor sarcini reduse la anumite ore ale zilei, sau sezoniere, exist posibilitatea scoaterii din funciune a unor uniti n scopul micorrii pierderilor de energie i utilizrii celor rmase n funciune la randamente maxime.

    6.4 Condiiile impuse transformatoarelor funcionnd n paralel; ncrcarea transformatoarelor

    La funcionarea n paralel a dou sau mai multe transformatoare trebuie ndeplinite urmtoarele condiii generale: a) s nu apar cureni de circulaie ntre transformatoarele conectate n paralel, deoarece aceti cureni provoac pierderi importante i limiteaz puterea transformatoarelor; b) fiecare transformator s se ncarce cu o putere proporional cu puterea lui nominal, iar curenii din secundar s fie, pe ct posibil, n faz. La conectarea n paralel a unor transformatoare identice ca putere i construcie, aceste condiii se realizeaz de la sine. n practic se conecteaz ns, de multe ori, transformatoare diferite ca putere i construcie. n cele ce urmeaz se analizeaz asemenea situaii, considernd - pentru simplitate - dou transformatoare monofazate. Unele abateri de la condiiile de mai sus sunt permise de norme i standarde, dar numai n limitele care se vor arta n continuare.

    La nceput se consider c cele dou transformate funcionnd n paralel sunt complet diferite ca puteri nominale, rapoarte de transformare i tensiuni de scurtcircuit.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    9 Masini electrice Curs i aplicaii

    Utiliznd schemele echivalente simplificate ale celor dou transformatoare funcionnd n paralel i debitnd pe sarcina de impedan z cu raportarea mrimilor primare la secundar, se obine schema echivalent a staiei din figura 1.44.

    Cu ``KIz i ``

    KIIz s-au notat impedanele globale (kapp) raportate la secundar ale celor dou transformatoare. Dac 1U este tensiunea reelei de alimentare, aceeai pentru cele dou transformatoare

    iar uIk i uIIk sunt rapoartele de transformare, presupuse diferite, ale celor dou transformatoare,

    tensiunile lor primare raportate la nfurarea secundar au expresiile :

    II

    II

    I

    Iuu k

    UUkUU 1``11

    ``

    1 ; == (1.116)

    Fig.1.44

    n baza schemei echivalente din figura 1.44 se pot scrie ecuaiile:

    =

    =+

    =

    =

    22

    2``

    1``

    1

    2``

    1````

    1

    2``

    1````

    1

    IZUIII

    UIZU

    UIZU

    III

    IIk

    Ik

    IIII

    II

    (1.117)

    n care 21``

    1 II I = i IIII II 2``

    1 = sunt respectiv curenii primari raportai la secundar (egali i de semen contrare cu curenii reali din secundar), iar 2U este tensiunea secundar real. Din primele dou ecuaii rezult curenii:

    ``

    2``

    12

    ``

    1

    ``

    2``

    12

    ``

    1

    II

    II

    I

    I

    kIIII

    kII

    Z

    UUII

    Z

    UUII

    +==

    +==

    (1.118)

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    10 Masini electrice Curs i aplicaii

    precum i curentul total absorbit de consumator:

    ``

    ``

    1``

    ``

    1````2

    ``

    1``

    1211

    II

    II

    I

    I

    III kkkkIII Z

    UZU

    ZZUIII ++

    +=+= (1.119)

    Eliminnd tensiunea 2U ntre ecuaiile (1.118) i (1.119) se obin expresiile celor doi cureni sub forma:

    ````

    ``

    1``

    1````

    ``

    22``

    1

    ````

    ``

    1``

    1```

    ``

    22``

    1

    III

    III

    III

    I

    III

    III

    III

    II

    kkkk

    kIIII

    kkkk

    kII

    ZZUU

    ZZZ

    III

    ZZUU

    ZZZ

    III

    +

    +==

    +

    ++

    ==

    (1.120)

    Prin urmare curenii debitai de cele dou transformatoare funcionnd n paralel au fiecare cte dou componente. Primele componente, diferite pentru fiecare din cele dou transformatoare, respectiv:

    ````

    ``

    2

    III

    II

    kk

    k

    ZZZ

    I+

    i ````

    ``

    2

    III

    I

    kk

    k

    ZZZ

    I+

    (1.121)

    sunt componentele utile, impuse de sarcina comun. Celelalte componente sunt independente de curentul 2I i au valori absolute egale. Ele exist chiar cnd transformatoarele funcioneaz n gol, adic 2I =0. Aceste componente reprezint, n fapt, un curent comun care se nchide ntre cele dou transformatoare n paralel (fig.1.45), numit curent de circulaie sau de egalizare. ntr-adevr se constat c, dac n curentul ``1II componenta respectiv are

    expresia: ````

    ``

    1``

    1

    III

    III

    kkcirc ZZ

    UUI

    +

    = (1.122)

    n curentul ``1IIII al celui de-al doilea transformator aceast component are exact aceeai expresie, dar cu semn schimbat.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    11 Masini electrice Curs i aplicaii

    Fig.1.45

    Curentul de circulaie strbate primul transformator ntr-un sens, iar pe cel de al doilea n sens invers, fiind independent de sarcin. El ncarc suplimentar unul din transformatoare i descarc pe cellalt, provocnd nclziri nepermise n transformatorul suprancrcat. Anularea acestui curent de circulaie impune: 0``1

    ``

    1 = III UU (1.123.) Cele dou tensiuni trebuie s fie egale n mrime i n faz. Egalitatea ``1

    ``

    1 III UU = nseamn c rapoartele de transformare ale celor dou transformatoare funcionnd n paralel trebuie s fie egale. Standardele impun o abatere maxim de +0,5% determinat la platforma de ncercri, pentru raportul de transformare, tocmai pentru a limita apariia curenilor de circulaie. Relaia (1.123) referindu-se la mrimi complexe, impune i aceeai faz pentru tensiunile

    ``

    1``

    1 III UU = . De aici rezult o a doua condiie, important mai ales pentru transformatoarele trifazate, i anume c transformatoarele funcionnd n paralel trebuie s aib aceeai grup de conexiuni. n continuare se va analiza ncrcarea transformatoarelor conectate n paralel, considerndu-se respectate cele dou condiii pentru anularea curenilor de circulaie i anume:

    - aceleai rapoarte de transformare; - aceleai grupe de conexiuni.

    Din ecuaiile (1.120) rezult, n ipoteza Icirc=0, relaia:

    II

    I

    k

    k

    II

    I

    II

    ZZ

    II

    I

    II

    2

    2`

    ``

    ``

    1

    ``

    1== (1.124.)

    sau:

    ( )kIkIII

    II j

    kI

    kII

    Ink

    IInk

    IIn

    II

    In

    I

    UU

    IZIZ

    IIII

    =

    = l

    2

    2

    2``

    2``

    2

    2

    2

    2

    (1.125)

    n care IInKIIKIIKIIKIKI IzsiUIzU 2``

    22``

    2 == reprezint tensiunile de scurtcircuit ale celor dou transformatoare, iar

    Ik i IIk reprezint unghiurile interne ale impedanelor globale, definite prin

    relaiile: I

    I

    I

    kI

    Iak

    k RX

    tg

    ==``

    ``

    ;

    II

    II

    II

    kII

    IIak

    k RX

    tg

    ==``

    ``

    (1.126)

    Considernd KIIKI = , dar KIIIKI , relaia (1.125) se scrie:

    nI

    I

    II

    2

    2 :kI

    kII

    IIn

    II

    UU

    II

    2

    2

    2

    2= (1.127)

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    12 Masini electrice Curs i aplicaii

    sau, nmulind peste tot cu tensiunea U2n i ordonnd altfel termenii:

    I

    II

    n

    n

    k

    k

    II

    I

    II

    I

    SS

    SS

    = (1.128)

    Prin urmare, puterea aparent total S=SI+SII se repartizeaz pe cele dou transformatoare direct proporional cu puterile aparente normale, dar invers proporional cu tensiunile de scurtcircuit relative. Scriind:

    kII

    II

    KI

    I

    II

    I

    n

    n

    S

    S

    SS

    = i

    kII

    IIn

    II

    KI

    I

    I

    SS

    SS

    n

    = (1.129)

    se obine relaia:

    kII

    IIn

    KI

    I

    III

    kII

    IIn

    II

    KI

    I

    I

    SSSS

    SS

    SS

    nn

    +

    +==

    care permite calculul ncrcrii celor dou transformatoare funcionnd n paralel, cunoscnd puterile nominale i tensiunile de scurtcircuit. Pentru ca transformatoarele s se ncarce proporional cu puterile lor nominale se impune ca ele s aib aceleai tensiuni de scurtcircuit relative. Standardele n vigoare admit o abatere de %10 , determinat la platform, pentru tensiunea de scurtcircuit prescris. n cazul cnd KIIIKI = , dar KIIIKI , rezult c valorile relative ale curenilor InII 221 / i

    IInIII 22 / sunt egale n modul, dar defazate cu unghiul KIKII , aa cum este artat n figura 1.46.

    Fig.1.46

    O diferen de faz poate apare n cazul cnd transformatoarele conectate n paralel sunt de puteri diferite i chiar dac KIIKI = rezult:

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    13 Masini electrice Curs i aplicaii

    nI

    kInaI S

    P= ;

    nII

    kIInaII S

    P= (1.127)

    i deci aIIaI , atrgnd dup sine i III , respectiv KIIKI . (1.128)

    n consecin transformatoarele funcionnd n paralel trebuie s nu fie de puteri mult diferite ntre ele (raportul puterilor s nu depeasc valoarea 1:4). Standardele admit ca KIKIII s fie de cel mult 15% situaie n care, prin nsumarea geometric a celor doi cureni (fig.1.46) n loc de nsumare algebric, suprasarcina corespunztoare nu depete 3,5% din sarcina normal cnd tensiunile de scurtcircuit ar fi egale i n faz. n concluzie, pentru o bun comportare a transformatoarelor funcionnd n paralel, este necesar s fie ndeplinite urtoarele condiii: a) acelai raport de transformare, cu abateri maxime n limitele +0,5%; b) aceeai grup de conexiuni; c) aceleai tensiuni de scurtcircuit n modul, cu abateri maxime n limitele 10%; d) tensiunile de scurtcircuit s fie n faz, cu abateri admisibile pn la 150.

    6.5 Transformatoare speciale

    n categoria transformatoarelor speciale vor fi incluse transformatoarele a cror construcie difer de construcia clasic a transformatoarelor de putere ca dou nfurri. Printre acestea, o mai mare importan prezint: autotransformatorul, Transformatoare de msur, transformatoarele pentru schimbarea numrului de faze, transformatoarele pentru sudare i pentru alimentarea cuptoarelor cu arc, etc.

    Autotransformatorul Este un transformator cu miez feromagnetic i o singur nfurare de faz, prevzut cu una sau mai multe prize; n fapt nfurarea de joas tensiune reprezint o parte a nfurrii de nalt tensiune, cele dou pri fiind legate galvanic. Autotransformatoarele pot fi monofazate sau trifazate; cele trifazate sunt conectate numai n stea. n figura 1.47 sunt prezentate schema de principiu (a) i schema electric (b) ale unui transformator monofazat. nfurarea A-X este nfurarea de nalt tensiune cu iw spire, iar nfurarea a-x (sau M-N) este nfurarea de joas tensiune cu jw spire; prin urmare, nfurrile primar i secundar ale autotransformatorului sunt cuplate electromagnetic i conectate galvanic, o parte din nfurare fiind comun att primarului ct i secundarului.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    14 Masini electrice Curs i aplicaii

    Fig.1.47

    Autotransformatoarele pot fi att ridictoare ct i cobortoare de tensiune. Raportul de transformare al autotransformatorului poate fi constant sau variabil n cazul autotransformatoarelor reglabile. Reglajul tensiunii se face n trepte, tensiunea minim a unei trepte fiind limitat de tensiunea pe spir. Pentru o anumit poziie a legturii galvanice dintre cele dou nfurri, raportul de transformare este:

    j

    i

    j

    i

    w

    w

    UU

    K == (1.129)

    Notnd cu aw numrul de spire al poriunii adiionale a nfurrii, parcurs numai de curentul 1I de pe parte de nalt tensiune i cu sI curentul prin poriunea de nfurare comun, se poate scrie cu notaiile i sensurile din fig.1.47,b relaia dintre cureni n punctul M:

    jis III =+ (1.130)

    iar din aplicarea legii circuitului magnetic de-a lungul unei linii de cmp magnetic util rezult, n regim armonic, ecuaia scris n calculul complex simplificat:

    10)( IwwIwIw ajsjiz += (1.131)

    Neglijnd curentul de magnetizare )0( 10 I se poate scrie:

    11

    1

    1

    =

    =

    ==

    kw

    www

    w

    w

    w

    II

    j

    iji

    j

    a

    j

    s

    i (1.132)

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    15 Masini electrice Curs i aplicaii

    sau innd seama de ecuaia (1.130):

    jis IkkIkI 1)1( == (1.133)

    relaie care arat c valoarea curentului sI din partea comun de nfurare depinde nemijlocit de raportul de transformare i este mai mic dect valoarea lui jI . Puterea transferat de autotransformator, n ipoteza c pierderile sunt neglijabile, este:

    jjii IUIUS = (1.134)

    O parte din aceast putere este transformat pe cale electromagnetic, prin inducie:

    kkS

    kkIUIUS jjsje

    11 =

    == (1.135)

    iar diferena:

    kSSSS eg

    1== (1.136)

    reprezint puterea transferat direct din primar n secundar pe cale galvanic. Din examinarea relaiei (1.135) rezult avantajele utilizrii autotransformatorului: miezul feromagnetic se dimensioneaz pentru puterea electromagnetic sS < iS , iar poriunea de nfurare comun pentru curentul sI < jI .

    Transformatoare de msur n cazul msurrii tensiunilor mari i a curenilor de intensiti ridicate, instrumentele de msur nu pot fi conectate direct n circuitele electrice respective. n acest caz, trebuie s se intercaleze transformatoare de msur care s reduc mrimile de msurare la valori suportate de aparatele de msur. Acestea tot odat, vor separa circuitul electric de nalt tensiune de circuitul de msur. Transformatoarele de msur reduc deci, mrimea msurat i din aceast cauz, n exploatare se utilizeaz foarte des i termenul de reductoare. Dup felul mrimii msurate, transformatoarele de msura pot fi: de tensiune i de intensitate.

    a)Transformatoarele de tensiune Sunt folosite la msurarea tensiunilor i din punct de vedere al procesului de funcionare, reprezint transformatoare obinuite, ns de mic putere (30; 60; 100; 200 VA).

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    16 Masini electrice Curs i aplicaii

    Raportul de transformare KU = U1/U2, se ia n aa fel nct la tensiunea nominal aplicat primarului, tensiunea secundar s fie de 100V. Astfel putem avea transformatoare de tensiune cu raportul de transformare 500/100 V; 1000/100 V; 5000/100 V; 6/0,1 kV; 35/0,1 kV etc. La bornele nfurrii secundare se pot conecta n paralel: voltmetre, bobine de tensiune ale wattmetrelor, varmetrelor, contoarelor, releelor etc.

    nfurarea secundar a transformatoarelor de msur trebuie s se lege la pmnt pentru a se evita pericolul unei electrocutri, care s-ar putea ivi din cauza unei defeciuni ce ar stabili un contact electric ntre nfurarea primar i cea secundar. De asemenea i carcasa transformatorului se leag la pmnt.

    Transformatoarele de tensiune pot fi monofazate (Fig. 1.48) sau trifazate (Fig.1.49) Adesea, n locul unui transformator trifazat se folosesc dou transformatoare monofazate conectate n triunghi deschis sau V. (Fig. 1.50)

    Fig. 1.48 Fig. 1.49 Fig. 1.50 b) Transformatoarele de intensitate sunt folosite la transformarea curentului de mare intensitate ntr-un curent de mic intensitate. Raportul de transformare KI = I2/I1 este practic egal cu raportul de nfurare (n) i se ia n aa fel nct la trecerea curentului nominal prin nfurarea primar, prin nfurarea secundar curentul 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 este folosit numai pentru separarea circuitului de nalt tensiune de circuitul de msur). nfurarea primar a unui transformator de intensitate se intercaleaz n serie, n circuitul prin care circul curentul de msurat (Fig. 1.51)

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    17 Masini electrice Curs i aplicaii

    a b

    Fig. 1.51 ntruct n cazul unor cureni de intensitate foarte mare nfurarea primar se reduce la o singur spir sau chiar la o simpl bar, n reprezentarea schematic nfurarea primar se figureaz cu o linie (fig.1.51.b). nfurarea secundar se leag la pmnt pentru aceleai motive ca la transformatorul de tensiune.

    Funcionarea transformatorului de intensitate este asemntoare cu funcionarea unui transformator de putere n regim de scurtcircuit. Din aceast cauz, nfurarea secundar nu trebuie s rmn n circuit deschis, ntruct ntr-o asemenea situaie fluxul magnetic din miezul de fier ar crete foarte mult i poate duce fie la strpungerea izolaiei conductoarelor nfurrii secundare din cauza unei t.e.m. induse prea mari, fie la nclzirea exagerat miezului de fier ca urmare a creterii pierderilor de energie n fier. Pentru a nltura asemenea defeciuni, la deconectarea ampermetrului, nfurarea secundar trebuie s fie scurtcircuitat n prealabil Transformatoarele de intensitate se construiesc numai ca uniti monofazate. Pentru msurarea curenilor n circuitele trifazate se intercaleaz pe fiecare faz cte un transformator de intensitate sau numai pe dou faze. n cazul msurrii puterii unui circuit monofazat sau trifazat se realizeaz schemele din fig. 1.52 si 1.53 dac se msoar i tensiunea i intensitatea se poate determina factorul

    de putere folosind relaiile: AIvU

    WIU

    IkUkPkk

    =cos si AVIU

    wwIU

    IUkkPPkk

    3)(

    cos 21+

    = unde kU si kI reprezint

    raportul de transformare a transformatoarelor de tensiune i intensitate, iar Pw puterea indicat de wattmetru.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    18 Masini electrice Curs i aplicaii

    Fig. 1.52

    Fig. 1.53

    Dac ampermetru sau voltmetru este destinat special pentru un anumit transformator de msur, atunci pe cadranul aparatului respectiv este trecut raportul de transformare, iar etalonarea este fcut direct pentru mrimea corespunztoare valorii nominale (de ex. dac pe cadranul unui voltmetru este trecut raportul 6000-100 V, atunci etalonarea voltmetrului este corespunztoare tensiunii de 6000 V). Transformatoarele de sudur Transformatoarele de sudur sunt destinate sudrii electrice cu arc sau contact. Aceste transformatoare trebuie s aib o tensiune joas de funcionare n gol (60-75 V), suficient pentru aprinderea arcului electric, iar caracteristica extern U2= f(I2) trebuie s fie cobortoare (fig.1.54). Astfel de caracteristici sunt necesare pentru ca intensitatea curentului s nu se modifice mult la variaii ale lungimii arcului electric de sudur, iar tensiunea arcului care variaz n funcie de lungimea arcului i de intensitatea curentului de sudare, s fie de ordinul 20-35V.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    19 Masini electrice Curs i aplicaii

    Fig. 1.54 Caracteristica extern mult descresctoare se obine cu ajutorul unui unt magnetic, care mrete reactana de scpri magnetice (fig.1.55), sau intercalnd n serie cu arcul electric de sudare o bobin de reactan (fig.1.56), care determin o cdere mai mare de tensiune la creterea curentului de sudare. Reglarea regimului de sudare se face variind poziia untului magnetic sau modificnd ntrefierul bobinei de reactan.

    Fig.1.55 Fig.1.56 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 la zeci 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.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    20 Masini electrice Curs i aplicaii

    De reinut! -Intr-o reea trifazat se pot utiliza fie trei transformatoare monofazate alctuind un grup transformatoric fie un transformator trifazat cu miez unic.

    -Conexiunea stea se simbolizeaz prin litera Y pentru nfurarea de nalt tensiune i litera y pentru joasa tensiune. Aceast schem se realizeaz conectnd mpreun nceputurile sau sfriturile de faz iar capetele libere se scot la bornele transformatorului; uneori se scoate i nulul conexiunii la o born accesibil pe capacul transformatorului, n regim armonic, valoarea efectiv a tensiunii de linie este de 3 ori mai mare dect valoarea efectiv a tensiunii de

    faz.

    -Conexiunea triunghi se simbolizeaz prin litera D pentru nfurarea de nalt tensiune i litera d pentru joasa tensiune Practic schema se realizeaz conectnd sfritul unei nfurri de faz cu nceputul altei nfurri, legturile de la punctele respective de conectare fiind scoase la borne. La conexiunea triunghi tensiunea de faz este egal cu tensiunea de linie, iar

    curentul de faz este de 3 ori mai mic dect curentul de linie

    -Conexiunea zigzag se simbolizeaz prin litera z pentru nfurarea de joas tensiune i prin litera Z pentru nalta tensiune. Fiecare nfurare de faz este format din cte dou semibobine identice care se conecteaz n felul urmtor: sfritul unei semibobine de pe o coloan este legat cu nceputul unei semibobine de pe alt coloan. Tensiunea de faz la schema de conexiuni zigzag, n cazul cnd cele dou bobine de pe coloane diferite au acelai numr de spire, are valoarea:

    bbz fff UUU 330cos20

    ==

    -La funcionarea n paralel a dou sau mai multe transformatoare trebuie ndeplinite urmtoarele condiii generale: a) s nu apar cureni de circulaie ntre transformatoarele conectate n paralel, deoarece aceti cureni provoac pierderi importante i limiteaz puterea transformatoarelor;

    b) fiecare transformator s se ncarce cu o putere proporional cu puterea lui nominal, iar curenii din secundar s fie, pe ct posibil, n faz.

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    21 Masini electrice Curs i aplicaii

    -Pentru o bun comportare a transformatoarelor funcionnd n paralel, este necesar s fie ndeplinite urtoarele condiii: a) acelai raport de transformare, cu abateri maxime n limitele +0,5%; b) aceeai grup de conexiuni; c) aceleai tensiuni de scurtcircuit n modul, cu abateri maxime n limitele 10%; d) tensiunile de scurtcircuit s fie n faz, cu abateri admisibile pn la 150. -Autotransformatorul

    Este un transformator cu miez feromagnetic i o singur nfurare de faz, prevzut cu una sau mai multe prize; n fapt nfurarea de joas tensiune reprezint o parte a nfurrii de nalt tensiune, cele dou pri fiind legate galvanic. Autotransformatoarele pot fi monofazate sau trifazate; cele trifazate

    sunt conectate numai n stea.

    Test de autoevaluare 6.1 1.La un transformator trifazat conexiunea stea se simbolizeaz:

    a) prin litera Y pentru nfurarea de nalt tensiune i litera y pentru joasa tensiune

    b) prin litera Z pentru nfurarea de nalt tensiune i litera Z pentru joasa tensiune

    c) prin litera D pentru nfurarea de nalt tensiune i litera d pentru joasa tensiune

    2.La un transformator trifazat cu infasurarea primara in conexiune stea valoarea efectiv a tensiunii de linie este: a) de 3 ori mai mare dect valoarea efectiv a tensiunii de faz b) de 3 ori mai mica dect valoarea efectiv a tensiunii de faz c) egala cu valoarea efectiv a tensiunii de faz 3.La un transformator trifazat conexiunea triunghi se simbolizeaz a) prin litera D pentru nfurarea de nalt tensiune i litera d pentru joasa

    tensiune b) prin litera Z pentru nfurarea de nalt tensiune i litera z pentru joasa

    tensiune c) prin litera Y pentru nfurarea de nalt tensiune i litera y pentru

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    22 Masini electrice Curs i aplicaii

    joasa tensiune 4.La un transformator trifazat cu infasurarea primara in conexiune triunghi valoarea efectiv a curentului de faz este: a) de 3 ori mai mic dect valoarea efectiva a curentului de linie b) de 3 ori mai mare dect valoarea efectiva a curentului de linie c) egala cu valoarea efectiva a curentului de linie 5.Pentru o bun comportare a transformatoarelor funcionnd n paralel, este necesar s fie ndeplinite urtoarele condiii: a) acelai raport de transformare, cu abateri maxime n limitele +0,5%; aceeai grup de conexiuni; aceleai tensiuni de scurtcircuit n modul, cu abateri maxime n limitele 10%; tensiunile de scurtcircuit s fie n faz, cu abateri admisibile pn la 150. b) sa fie cuplate pe aceiasi sarcina c) sa fie de aceleasi valori nominale. 6.Autotransformatorul este:

    a) un transformator cu miez feromagnetic i o singur nfurare de faz, prevzut cu una sau mai multe prize,nfurarea de joas tensiune reprezentand o parte a nfurrii de nalt tensiune, cele dou pri fiind legate galvanic.

    b) un transformator special utilizat la transformarea numai a anumitor parametri electrici

    un transformator special utilizat numai pe instalatiile electrice de inalta tensiune

    7.Transformatoarele trifazate pot avea nfurrile conectate astfel: a. Y/d b. z/y c. z/d 8.Simbolul Dy la transformatoare trifazate reprezint : a. conexiune triunghi pentru primar i conexiune stea pentru secundar b. conexiune stea pentru primar i conexiune triunghi pentru secundar c. conexiune triunghi pentru nalt i conexiune stea pentru joas tensiune

    Lucrare de verificare la Unitatea de nvare nr. 6

    1.Reprezentati schematic a conexiunea stea. 2.Reprezentati schematic a conexiunea triunghi 3.Reprezentati schematic a conexiunea zigzag 4.Care sunt conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca transformatoarele electrice pentru o buna functionarea in paralel 5. Descrieti functionarea autotransformatorului

  • TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

    23 Masini electrice Curs i aplicaii

    Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare

    1.a. 2.a. 3.a. 4.a. 5.a. 6.a 7.a. 8.a.

    Bibliografie Bibliografie Bl, C., Maini electrice, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982 Rdui C., Maini electrice, vol. I i II, curs litografiat, Tipografia UPB, 1989. Gavril H., Electrotehnic i echipamente electrice, vol. I-II, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1993 Ciucur V., Masini electrice note curs pentru studenti,Editura Printech, Bucuresti, 2000