transformatorul electric
TRANSCRIPT
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 1/2615
CAPITOLUL 1
TRANSFORMATORUL ELECTRIC
Transformatorul electric este un dispozitiv electromagnetic care funcţionează pe baza legii
inducţiei electromagnetice, fiind destinat să transfere puterea electromagnetică de la un
circuit cu w1 spire la un alt circuit cu w2 spire, transfer caracterizat prin schimbarea valorilor
tensiunii şi ale curentului primar u1, i1, la valorile tensiunii şi ale curentului secundar u2, i2,
frecvenţa procesului rămânând constantă. Transformatoarele se folosesc, în principal, în
sistemele energetice şi în reţelele de distribuţie a energiei electrice.
1.1. ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE TRANSFORMATORULUI
În construcţia unui transformator distingem 5 sisteme: sistemul magnetic, sistemul electric,
sistemul de răcire , sistemul de reglare a tensiunii şi de protecţie şi sistemul mecanic.
SISTEMUL MAGNETIC
Pentru un transformator, sistemul magnetic este alcătuit din miezul magnetic prin care
circulă fluxul magnetic. Miezul magnetic este format din coloane (porţiunile de miez pe
care sunt dispuse înfăşurările) şi juguri (porţiunile dintre coloane care servesc numai la
închiderea fluxului magnetic). Miezul magnetic se confecţionează uzual din tole de oţel
electrotehnic aliat cu siliciu de grosime (0,2 … 0,35) mm. Tolele sunt izolate cu lacuri sau
cu oxizi ceramici (carlit). Miezurile magnetice din tole se construiesc cu coloane (Fig. 1.1),
putând fi monofazate sau trifazate. Asamblarea miezului transformatorului se face prin
ţeserea jugurilor de coloane la 90o sau la 45o (Fig. 1.2).
jug inferior
coloana jug superior coloana
A
B
C
a. b.
Fig. 1.1. Schema transformatorului electric cu coloane coplanare: a - monofazat; b - trifazat.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 2/2616
45 30 o
o
c. d. b. a.
Fig. 1.2. Ţeserea miezurilor magnetice trifazate cu 3 coloane: a - la 90 cu două cicluri;
b - la 90 cu trei cicluri; c - la 45; d - la 45 15.
SISTEMUL ELECTRIC Sistemul electric al transformatorului este format din înfăşurările acestuia şi toate
conexiunile care-i permit racordarea atât la reţeaua primară (de alimentare), cât şi la reţeauasecundară. Înfăşurările transformatorului sunt construite din conductor de cupru sau
aluminiu (mai rar); conductoarele sunt izolate electric între ele cu email, ţesătură de sticlă
sau bumbac. Înfăşurările sunt izolate faţă de toate elementele cu care vin în contact.
Din punct de vedere al dispunerii înfăşurărilor pe coloană acestea pot fi clasificate în două
categorii; înfăşurări cilindrice concentrice (Fig. 1.3.a şi b) şi înfăşurări alternate
(Fig.1.3.c).
a. b. c.
inalta
joasa
tensiune (IT)
tensiune (JT)
Fig. 1.3. Aşezarea înfăşurărilor transformatorului pe coloană: a - cilindrice concentrice;
b - cilindrice biconcentrice; c - în galeţi alternaţi.
SISTEMUL DE RĂCIRE
Înfăşurările transformatorului fiind parcurse de curenţi, în ele se produc pierderi sub
formă de căldură care trebuie evacuată. După modul în care se face răcirea sedeosebesc transformatoare uscate şi transformatoare în ulei. Căldura se transmite de la
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 3/2617
părţile active la agentul de răcire prin conducţie, iar mai departe, la mediul ambiant, prin
convecţie şi radiaţie. La transformatoarele în ulei, sistemul de răcire este format din cuvă şi
elementele de răcire.
SISTEMUL DE REGLARE A TENSIUNII ŞI DE PROTECŢIE
Transformatoarele de putere sunt prevăzute cu un dispozitiv care permite reglajul tensiunii
în gol, în anumite limite (uzual 4 % sau 5 %). Prizele de reglaj, în număr de trei, se
prevăd pe partea de înaltă tensiune. Capetele prizelor de reglaj sunt duse la un comutator de
prize, care poate fi liniar sau circular. Majoritatea transformatoarelor cu cuvă se prevăd cu
conservator de ulei şi cu releul de gaze (releu Bucholtz) care are rolul de a întrerupe
alimentarea transformatorului în două situaţii: când în interiorul cuvei apar gaze ca urmare a
unui arc electric, sau când cuva are pierderi de ulei, ca urmare a unor scurgeri necontrolate
(releul rămâne fără ulei).
SISTEMUL MECANIC
Sistemul mecanic este format din elemente care asigură compactizarea tuturor părţilor
transformatorului, ridicarea cu tot echipamentul (inclusiv uleiul), deplasarea şi transportul
acestuia. La transformatoarele de putere, cel mai frecvent se folosesc construcţii simple cu
grinzi de strângere ale jugurilor magnetice sub forma unor profile U sau L îmbinate prin
buloane de strângere şi rigidizate de tiranţ i verticali, care servesc la ridicarea părţii
decuvabile şi la presarea bobinajelor. La capetele bobinajelor, spre grinzile de strângere se
pun, pentru presare, discuri izolante şi discuri cu tacheţi, care permit circulaţia naturală a
uleiului din cuvă printre tacheţi, prin canalul axial dintre înfăşurări. Discurile acestea sunt
presate de grinzile de strângere, cu ajutorul tiranţilor.
1.2. ELEMENTE FUNDAMENTALE
DATE NOMINALE
Datele nominale principale ale transformatorului electric sunt trecute pe plăcuţa lui
indicatoare şi sunt următoarele:
a. Puterea nominală Sn, exprimată în VA, kVA sau MVA, este puterea aparentă secundară
debitată de transformator un timp oricât de lung fără ca temperatura oricărui element al
transformatorului să depăşească temperatura clasei termice la care acesta a fost proiectat.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 4/2618
b. Tensiunile nominale primară U 1 şi secundară U 2, exprimată în V sau kV, sunt valorile
de linie ale tensiunilor înfăşurărilor transformatorului.
d. Curenţii nominali I 1 şi I 2, măsuraţi în A sau kA, sunt curenţii de linie care parcurg
înfăşurările când primarului i se aplică tensiunea nominală şi în secundar se debitează
puterea nominală.
e. Tensiunea nominală de scurtcircuit uk, exprimată în procente [%], este tensiunea
aplicată primarului când secundar ul este în scurtcircuit, astfel încât curentul care parcurge
primarul să fie egal cu curentul nominal, secundarul fiind pe priza nominală, iar temperatura
înfăşurărilor egală cu valoarea convenţională nominală.
f. Alte date nominale: frecvenţa nominală f , în Hz, schema şi grupa de conexiuni, numărul
de faze m, serviciul de funcţionare, gradul de protecţie, pierderile nominale de mers în golPo, pierderile nominale în scurtcircuit Pk, curentul de mers în gol I o, masa netă, masa
uleiului (pentru transformatoarele cu ulei).
DOMENII DE UTILIZARE
Transformatoarele electrice de putere au utilizări importante în energetică, în transportul şi
distribuţia energiei electrice şi sunt destinate ridicării tensiunii (la centrală), în vederea
transportului cu pierderi mici şi coborârii acesteia (la consumator). Transportul energieielectrice la tensiune mare este economic.
1.3. PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE
Fie un transformator electric monofazat având înfăşurarea primară conectată la o sursă de
tensiune sinusoidală t U u sin211 . În Fig. 1.4 se prezintă schema electrică a unui
transformator monofazat în care w1, w2 reprezintă numerele de spire ale celor două
înfăşurări.
Pentru început să considerăm că transformatorul electric funcţionează în gol (i1 = i10, i2 = 0).
Solenaţia primară de mers în gol 0 = w1i10 (solenaţia de magnetizare) creează în miez fluxul
magnetic fascicular 10, variabil în timp cu pulsaţia a tensiunii de alimentare. Aplicând, la
mersul în gol, teorema a doua a lui Kirchhoff de-a lungul înfăşurărilor primară (dipol
receptor) şi secundară (dipol generator), avem:
dt
d wu
dt
d wu
dt
d wui R 10
22010
11010
110101
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 5/2619
în care s-a neglijat căderea de tensiune R1i10. Se face raportul k al modulelor tensiunilor la
borne, numit raport de transformare, raport egal şi cu raportul numerelor de spire:
20
10
2
1
20
1
U
U
w
w
u
uk
în care U 10, U 20 sunt valorile efective ale tensiunilor la borne, la mersul în gol al
transformatorului. Rezultă că raportul de transformare se măsoară la funcţionarea în gol.
o .
o .
1 w
o .
o .
A
X
1 u
1 i
R 1
L 1
a
x
2 u
2 i
2 w
R 2
2 L
R
L
C
2 1
1
2
Fig. 1.4. Schema electrică a transformatorului electric monofazat.
Să considerăm acum că transformatorul funcţionează în sarcină, circuitul secundar fiind
parcurs de curentul i2 iar cel primar de curentul i1 i10. Cei doi curenţi i1 şi i2 au sensuri
opuse, conform regulii lui Lenz şi la fel şi cele două solenaţii w1i1 şi w2i2. Compunerea celor
două solenaţii conduce întotdeauna la o valoare constantă , deoarece la orice solenaţie
secundară apare în primar o solenaţie egală cu ea dar de semn contrar, astfel încât avem:
.θ 2211 const iwiw
Dacă se aplică relaţia de mai sus la mersul în gol (i1 = i10, i2 = 0), avem 101θ iw , deci
1012211 iwiwiw (1.1)
în care w1i10 se numeşte solenaţia de mers în gol. Cum această solenaţie este constantă
rezultă că şi fluxul magnetic fascicular la mersul în gol φ10 este constant şi egal cu fluxul
magnetic fascicular φ la orice sarcină a transformatorului.
φ10 = φ = const..
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 6/2620
Dacă se neglijează pierderile de putere activă în transformator, puterea instantanee
111 iu p , primită de transformator pe la bornele primare AX este aproximativ egală cu
puterea instantanee 222 iu p , transmisă sarcinii pe la bornele secundare ax. Aşadar,
transformatorul electric schimbă, practic la aceeaşi putere, valoarea tensiunii primare u1 la
valoarea u2 care convine sarcinii, asigurând şi izolarea celor două circuite. Transferul de
putere din primar în secundar se face prin intermediul câmpului electromagnetic, frecvenţa
mărimilor rămânând neschimbată. Putem scrie relaţia aproximativă:
2
1
1
2
2
1
w
w
I
I
U
U
1.4. TEORIA TRANSFORMATORULUI ELECTRIC
FORMA INSTANTANEE A ECUAŢIILOR
Deducerea ecuaţiilor transformatorului se va face, considerând pentru început, pierderile din
miez nule. Pentru circuitul primar s-a ales regula de la receptoare şi pentru cel secundar
regula de la generatoare, în scopul obţinerii unor puteri electrice pozitive p1 şi p2. Ecuaţiile
de tensiuni ale circuitelor primar şi secundar se scriu prin aplicarea legii inducţiei
electromagnetice de-a lungul unor contururi închise, notate cu 1, respectiv 2 în Fig. 1.4,
contururi formate din conductoarele celor două înfăşurări:
dt
d ui R
dt
d ui R 2
2221
111 ;
(1.2)
în care 1 şi 2 sunt fluxurile totale care îmbrăţişează spir ele w1, respectiv w2 ale celor
două înfăşurări ale transformatorului monofazat.
Fluxul total 1 al înfăşurării primare este suma dintre fluxul util w1 al înfăşurării ( este
fluxul magnetic fascicular util) şi cel de dispersie Lσ1i1 al acesteia, în care Lσ1 este
inductivitatea de dispersie a înfăşurării primare în raport cu cea secundară, inductivitate
constantă dat fiind traseul prin aer al fluxului de dispersie al înfăşurării primare. În mod
analog, se scrie şi fluxul total 2 al înfăşurării secundare:
22221111 i Lw;i Lw
Lσ2 fiind de asemenea constantă. Se înlocuiesc fluxurilor totale 1 şi 2 în (1.2) şi avem:
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 7/2621
dt
d w
dt
di Li Ru
;dt
d w
dt
di Li Ru
22
2222
11
1111(1.3)
Ecuaţiile (1.3) împreună cu ecuaţia (1.1) numită ecuaţia solenaţiei formează ecuaţiile principale ale transformatorului.
FORMA COMPLEXĂ A ECUAŢIILOR
Forma complexă a ecuaţiilor transformatorului se obţine ţinând seama că operaţia de
derivare se înlocuieşte cu operatorul j în care 1 j , iar modulul mărimii complexe este
egal cu valoarea efectivă a mărimii sinusoidale. Cu aceste precizări, forma complexă a
ecuaţiilor transformatorului electric devine:
1012211
222222
111111
;2
;2
I w I w I w
w j I L j I RU
w j I L j I RU
m
m
(1.4)
În ecuaţiile (1.4) în relaţia a treia (a solenaţiei) apare semnul plus deoarece compunerea
solenaţiilor este considerată o „însumare” vectorială. În electrotehnică fluxurile, inducţiile şi
câmpurile magnetice se dau în valori de vârf, în timp ce tensiunile şi curenţii se dau în valori
efective. Din această cauză, în relaţiile (1.4) apare factorul 2 în primele două ecuaţii. În
teoria maşinilor electrice se fac uzual notaţiile:
22 2211
2211
mm
w j E ,w j E
, L X , L X
(1.5)
Cu notaţiile de mai sus, forma complexă a ecuaţiilor transformatorului devine:
.
;
;
1012211
222222
111111
I w I w I w
E I X j I RU
E I jX I RU
(1.6)
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 8/2622
FORMA RAPORTATĂ A ECUAŢIILOR
Raportarea secundarului transformatorului la primar este operaţia de înlocuire a înfăşurării
secundare reale cu una convenţională care are acelaşi număr de spire cu înfăşurarea primară.
Mărimile raportate se notează cu "prim" (
' '
E E ww 2121 ). Raportarea are ca scopobţinerea, în primele două ecuaţii, a aceleiaşi t.e.m. comune E E
1 2
' , care conduce la o
schemă echivalentă a transformatorului cu circuitul secundar (raportat) cuplat galvanic cu
cel primar prin intermediul t.e.m. comune E E 1 2
' .
Regulile de raportare se obţin din condiţia ca fenomenele fizice în înfăşurările raportată şi
reală să fie identice. Acest lucru se întâmplă dacă cele două înfăşurări au aceleaşi puteri
aparente, active şi reactive. Din relaţiile (1.5) găsim că E 1 / E 2 = w1 / w2 şi, prin ur mare, putem
scrie relaţiile de raportare ale tensiunilor transformatorului electric:
2
122
2
1221
w
wU U
w
w E E E
' ' (1.7)
Din egalitatea puterilor aparente rezultă regula de raportare a curenţilor şi din egalitatea
puterilor active şi reactive, rezultă regula de raportare a rezistenţelor şi reactanţelor:
2
2
122
222
222
2
2
122
222
222
12222222
w
w X X I X I X
w
w R R I R I R
ww I I I E I E
' ' '
' ' '
' ' '
(1.8)
Se înmulţesc ecuaţia a doua din (1.4) cu w1 / w2 şi a treia se împarte cu w1, obţinându-se
forma raportată a ecuaţiilor transformatorului:
.
;
;
10'21
1'2
'2
'2
'2
'2
111111
I I I
E I jX I RU
E I jX I RU
(1.9)
INFLUENŢA PIERDERILOR ÎN FIER ASUPRA ECUAŢIILOR
În cazul în care pierderile în fier nu se mai neglijează, curentul de mers în gol I 10 sedescompune în două componente: una I , în fază cu m, numită componentă reactivă a
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 9/2623
curentului de mers în gol (sau curent de magnetizare) şi alta I w, perpendiculară pe m
numită componenta activă a curentului de mers în gol (de pierderi sau wattată). Componenta
I w corespunde pierderilor în fier (Fig. 1.5). Aşadar, luarea în consideraţie a pierderilor în
miezul feromagnetic al transformatorului conduce la apariţia unui curent suplimentar I w,
curent care caracterizează aceste pierderi. Se defineşte o rezistenţă Rw, echivalentă
pierderilor în fier, cu o relaţie energetică, respectiv folosind relaţia de definiţie a unei
rezistenţe şi rezultă expresiile:
ww
Few
I
E
I
P R 1
2 (1.10)
din care se poate scrie că ww I R E 1 , semnul minus fiind în concordanţă cu relaţiile (1.5).
În mod analog se poate defini şi o reactanţă a miezului magnetic X µ care corespunde
curentului de magnetizare I astfel încât putem scrie: I jX E 1 . Aşadar pierderile în
fier modifică numai ecuaţia a treia din sistemul (1.9) şi adaugă încă o ecuaţie în directă
legătură cu t.e.m. 1 E :
www I R I jX E I I I I I 110,21 ; (1.11)
SCHEMA ECHIVALENTĂ ŞI DIAGRAMA DE FAZORI SIMPLIFICATĂ
În concordanţă cu ecuaţiile (1.9) şi (1.11) se poate reprezenta o schemă echivalentă în T a
transformatorului, cu circuitul secundar raportat, cuplat galvanic cu primarul, schemă care
se reprezintă în Fig. 1.6.a.
Curentul de mers în gol al transformatorului are valori reduse, I 10 (0,01 ... 0,1) I 1n, unde I 1n
este curentul nominal primar al acestuia. În ipoteza neglijării curentului de mers în gol,schema echivalentă a transformatorului se simplifică ca în figura 1.6.b., în care rezistenţa
totală Rk şi reactanţa totală X σk au expresiile:
,
k
,
k X X X ; R R R 2121 (1.12)
iar transformatorul electric este echivalent cu o impedanţă serie Rk, X σk . În cazul schemei
echivalente simplificate, ecuaţiile se reduc la una singură:
' k ' k ' I jX I RU U 2221 (1.13)
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 10/2624
o
o
b.
U 1
R k I 1
o
o
2 U '
X I 2 '
o
a.
I I w
R w X
X R 1 R 2 X
'
o
o .
2 U '
I 2 '
o . I 1
U 1
'
I 10
I 10 I w
I
m
Fig. 1.5. Diagrama Fig. 1.6. Schema echivalentă a transformatorului:curenţilor. a - completă; b - simplificată.
Reprezentarea ecuaţiei (1.13) în planul complex, conduce la diagrama de fazori simplificată
a transformatorului electric, desenată în Fig. 1.7., în care s-a ales ca origine de fază
tensiunea U 2' .
Fig. 1.7. Diagrama de fazori simplificată a transformatorului
BILANŢUL DE PUTERI ACTIVE AL TRANSFORMATORULUI
Pentru a deduce ecuaţia de bilanţ a puterilor active se porneşte de la schema echivalentă în T
a transformatorului. În această schemă apar trei rezistenţe şi, conform teoremei conservării
1 1 R I 2 2 2 R I 2FeP = w w R I 2
P = U I cos 1 1 1 1
P = U I cos2 2 2 2
Fig. 1.8. Diagrama de bilanţ a puterilor active.
-U 2'
2
' I 2-R k
-j X k
- I 2'
U 1
C A D E
F
O
B
I 2'
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 11/2625
puterilor active, în transformator se produc trei categorii de pierderi active: în înfăşurarea
primară, în înfăşurarea secundară şi în miezul feromagnetic. Diagrama bilanţului de puteri
active al transformatorului se prezintă în Fig. 1.8.
1.5. REGIMURI PERMANENTE LIMITĂ DE FUNCŢIONARE
Se numeşte regim permanent de funcţionare, regimul în care mărimile caracteristice sunt
constante în timp sau variază periodic. Regimurile limită de funcţionare sunt regimul de gol
şi regimul de scurtcircuit
REGIMUL DE FUNCŢIONARE ÎN GOL
Regimul de funcţionare în gol este caracterizat de curent secundar nul, I 2 = 0, La
funcţionarea în gol, transformatorul este echivalent cu o bobină cu miez de fier care are
schema echivalentă formată din grupul paralel Rw – X µ .
Pentru a încerca un transformator în gol se foloseşte schema experimentală din Fig. 1.9, în
care RT este un regulator de tensiune (autotransformator) reglabil, iar T este transformatorul
de încercat. Aparatele din schemă, la încercarea de funcţionare în gol, se aleg astfel încât să
poată măsura tensiunile nominale ale transformatorului şi curenţi reduşi, în gama (2...10) %
din curentul nominal primar.
V1 V2
T
W1A1*
*
RT
oo
oo
~
K
o
o o
o.
Fig. 1.9. Schema de montaj pentru încercarea transformatorului în gol.
Încercarea în gol, la tensiune nominală, se realizează astfel: se reglează din RT
tensiunea aplicată până când aceasta ia valoarea U 10 = U 1n şi în acel moment se măsoară
valorile P10, I 10, şi U 20. Cu ajutorul celor patru mărimi măsurate la mersul în gol, se pot
calcula câteva date caracteristice ale transformatorului şi anume:
raportul de transformare, 2010 U / U k ;
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 12/2626
curentul de mers în gol raportat la curentul primar:n
nn
n U
S I
I
I i
1
11
1
1010 unde,100[%] ;
pierderile nominale în fier (miez): 10210110 P I RPPFen ;
factorul de putere la mersul în gol cos 10
:
) ,... ,( I U
Pcos 30050
1010
1010
parametrii Rw şi X din schema echivalentă se deduc având în vedere că la
funcţionarea în gol, schema echivalentă este un circuit Rw - X µ paralel, astfel încât avem:
1010
10
1010
1010
1010101010
sin I
U X ;
cos I
U
I
U R
, I U cos I U PP
ww
wFe
(1.14)
REGIMUL DE FUNCŢIONARE ÎN SCURTCIRCUIT
Funcţionarea în scurtcircuit este caracterizată de U 2 = 0, sau de impedanţă de sarcină nulă.
Schema echivalentă simplificată a transformatorului la scurtcircuit este prezentată în
Fig. 1.10, parametrii Rk şi X k numindu-se şi parametrii de scurtcircuit. Se poate defini
tensiunea nominală de scurtcircuit a transformatorului ca fiind tensiunea care, aplicată uneiînfăşurări când cealaltă înfăşurare este în scurtcircuit, face ca prin transformator să circule
curenţii nominali. Din schema prezentată în Fig. 1.10, deducem valoarea relativă a tensiunii
nominale de scurtcircuit şi a componentelor sale:
nnk kr
nnk kakr ka
n
nk
n
nk
n
k k n
n
nk
n
k kn
U
I X u ,U
I Ru;uu
U
I X
U
I R
U
X R I
U
I Z
U
U u
11
11
22
2
1
12
1
1
1
221
1
1
1
1
(1.15)
în care: ukn se numeşte tensiune nominală de scurtcircuit raportată, iar uka şi ukr
componentele activă şi reactivă ale acesteia, care reprezintă două constante ce
caracterizează transformatorul. Pentru încercarea de scurtcircuit se foloseşte o schemă
asemănătoare cu aceea din Fig. 1.9, cu deosebirea că, în secundar, se montează un
ampermetru A2 în locul voltmetrului V2, iar aparatele se aleg pentru curenţi nominali şi
pentru tensiuni reduse (10 ... 15) % din U n.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 13/2627
Se reglează din RT tensiunea, până când prin
transformator circulă curenţii nominali şi se
citesc datele U 1k, I 1k = I 1n şi P1k. Cu ajutorul
celor trei valori măsurate la scurtcircuit se
determină alte mărimi caracteristice ale
transformatorului. Aceste mărimi se
calculează astfel:
tensiunea nominală de scurtcircuit în procente se determină cu relaţia:
%)...(U
U %u
n
k kn 154100
1
1
parametrii globali Rk şi X k se calculează cu relaţiile:
2222
1
121
1k k k
k
k k
k
k k R Z R
I
U X ;
I
P R
(1.16)
pierderile nominale în înfăşurări P Jn:
k Jn PP 1 (1.17)
componentele tensiunii nominale de scurtcircuit se determină cu relaţiile:
n
' nk
n
nk kr
n
' nk
n
nk ka
U
I X
U
I X u;
U
I R
U
I Ru
1
2
1
1
1
2
1
1 (1.18)
1.6. CARACTERISTICILE TRANSFORMATORULUI
Caracteristicile transformatorului se pot determina, prin calcul, în urma cunoaşterii
mărimilor specifice uka, ukr, PJn, PFen, care s-au dedus din încercările efectuate în
regimurile limită de funcţionare în gol şi în scurtcircuit.
CARACTERISTICA EXTERNĂ
Caracteristica externă a transformatorului electric este definită de relaţia U 2 = f ( I 2), pentru
U 1 = constant şi cos2 = constant Se determină întâi căderea de tensiune relativă secundară
raportată la tensiunea secundară de mers în gol:
n
' n
'
' '
U
U U
U
U U
)w / w(U
)w / w()U U (
U
U U
U
U
1
21
20
220
2120
21220
20
220
20
2
o
o
R k1k I
o
X
Fig. 1.10. Schema echivalentă la scurtcircuit
U 1k
a
x
A
X
o
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 14/2628
deoarece n112020 U E E U ' ' . Pornind de la Fig. 1.7, în care OF = OE şi D este proiecţia
lui F pe -U '2, putem scrie că:
222221 sin I X cos I RCD AC AD AE U U ' k
' k
' n
aşa încât căderea relativă de tensiune de la gol la sarcină se scrie:
22
2
1
22
2
2
1
2
20
2 sin
I
I
U
I X cos
I
I
U
I R
U
U
' n
'
n
' nk
' n
'
n
' nk
Expresia căderii relative de tensiune devine:
)sinucosu(U
U kr ka 22
20
2
(1.19)
în care: nn I I I I 22'2
'2 / / este factorul de încărcare al transformatorului. În Fig. 1.11 se
prezintă familia de caracteristici externe ale transformatorului.
CARACTERISTICA RANDAMENTULUI
Caracteristica randamentului este definită de relaţia = f ( I 2) sau = f (), pentru
U 1 = U 1n = const. şi cos2 = constant. Se porneşte de la definiţia randamentului:
rpierderilosuma2
2
P;PP
P.
cos 2
= cap.
U 2n
2
2 * =
2
cos = ind.
I 2
1 0,5
0,5 I 2n I 2n 0
U 20
U 2
. .
.
. .
cos 2
= 1
2
cos = ind. sau cap.
I 2
1 0,5
0,5 I 2n I 2n 0
1
n
opt.
Fig. 1.11. Familia de caracteristici externe. Fig. 1.12. Caracteristicile randamentului.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 15/2629
Suma pierderilor FeP I R I RP 2'
2'2
211
se deduce din diagrama de bilanţ a puterilor
active Relaţia randamentului se mai poate pune sub forma echivalentă:
Fe' ' ' '
' '
P I R I Rcos I U
cos I U
222211222
222
Dacă se ţine seama că ' n
' I I 22 şi că :
Jn'
nk '
k ' ' ' ' '
n'
n P I R I R I ) R R( I R I R; I U S 222
222
2221
222
21122
expresia finală a caracteristicii randamentului transformatorului devine:
Fen Jnn
n
PPcosS
cosS
22
2
(1.20)
În Fig. 1.12, se prezintă familia de caracteristici ale randamentului. Se constată că
există o încărcare ( = opt.) pentru care randamentul este maxim. Randamentul maxim se
determină rezolvând ecuaţia / = 0 care, după rezolvare, ne conduce la determinarea
unei valori optime a factorului de încărcare , dată de relaţia: Jn
Fen
P
Popt. . Pentru valoarea
optimă a factorului de încărcare se obţine randamentul maxim al transformatorului. În
general, diferenţa dintre max şi n este foarte mică, încât este potrivit să se utilizeze
transformatorul nu la max, ci la n.
1.7. PARTICULARITĂŢILE TRANSFORMATOARELOR TRIFAZATE
Pentru transformatoarele utilizate în reţelele trifazate de putere se folosesc, în principal,
două variante constructive: grupul transformatoric şi transformatorul trifazat cu miez
compact, care de fapt este transformatorul trifazat obişnuit .
GRUPUL TRANSFORMATORIC
Grupul transformatoric se foloseşte mai rar numai la puteri mari şi foarte mari şi este format
din trei transformatoare monofazate identice, cu înfăşurările conectate în stea sau în
triunghi. În Fig. 1.13, se prezintă schema electrică a grupului transformatoric cu înfăşurările
conectate în stea. Grupul transformatoric se foloseşte la puteri foarte mari, deoarece
transportul se realizează mai uşor şi rezerva este un transformator monofazat în loc de unul
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 16/2630
trifazat. Grupul se foloseşte numai în regimuri simetrice, în regimuri nesimetrice se produce
un dezechilibru puternic al tensiunilor de fază datorită componentelor homopolare mari de
flux magnetic şi de tensiune care deplasează puternic neutrul stelei tensiunilor de fază.
o
o o
o
A
o
o o
o
B
o
o o
o
C
o o
o
o o o A B C
a b c ( R) ( S) ( T)
Fig. 1.13. Schema electrică a grupului transformatoric, cu înfăşurările conectate în stea.
TRANSFORMATORUL TRIFAZAT OBIŞNUIT
Construcţia transformatorului trifazat obişnuit (cu miez compact, sau cu flux forţat) provine
teoretic din grupul transformatoric prin efectuarea unor modificări succesive. Să
presupunem că cele trei transformatoare ale grupului transformatoric sunt aşezate ca în
Fig. 1.14.a. Constatăm că fluxul magnetic rezultant prin coloana comună este nul, deoarece
cele trei fluxuri A, B, C, fiind trifazate simetrice, au suma nulă în orice moment de timp.
Aşadar, în regimuri simetrice, cele trei coloane pot lipsi. Ajungem la construcţia din
Fig. 1.14.b., în care se reprezintă un transformator trifazat cu miez perfect simetric, greu de
realizat practic, datorită îmbinărilor dintre jugurile inferioare şi superioare. Renunţăm la
două dintre jugurile construcţiei simetrice (cele marcate cu linie îngroşată în Fig. 1.14.b.) şi
se rabat, în linie dreaptă, jugurile rămase, astfel că ajungem la construcţia din Fig. 1.14.c.,
care constituie cea mai folosită construcţie de miez magnetic trifazat pentru
transformatoarele electrice de putere. Această construcţie se numeşte transformator
obişnuit (cu miez compact, sau cu flux forţat, în sensul că suma celor trei fluxuri A + B +
C, este "forţată" să fie nulă).
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 17/2631
A
B
C
A
B
C + +
A
B
C
A
B
C
o
o
o
o
o
o
o
o o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
a. b. c.
o o
o
o
Fig. 1.14. Transformarea grupului transformatoric în transformator obişnuit (cu miez compact):
a - grup transformatoric; b - transformator cu miez perfect simetric; c - transformator obişnuit.
TRANSFORMATORUL TRIFAZAT ÎN REGIM NESIMETRIC
Dacă transformatorul trifazat funcţionează într -un regim nesimetric sinusoidal, atunci suma
fazorială a celor trei fluxuri A + B + C, nu se mai anulează şi verifică relaţia:
oC B A 3 , în care: o este componenta homopolară a fluxului magnetic,
sinfazică pe cele trei faze. La transformatorul obişnuit, componenta homopolară o nu arepe unde se închide, deoarece coloanele centrale din Fig. 1.14.a lipsesc. În această situaţie,
fluxul homopolar nu se poate închide decât prin aer şi în parte prin schela metalică a
transformatorului (tiranţi, cuvă) producând pierderi suplimentare. Acest flux o este însă
mic, deoarece reluctanţa corespunzătoare este foarte mare având porţiuni însemnate de aer.
Din această cauză, transformatorul trifazat obişnuit, deşi are o oarecare nesimetrie
magnetică, poate funcţiona relativ bine, în sarcină nesimetrică, având componenta
homopolară de flux mult redusă.
În cazul grupului transformatoric fluxul o se poate închide nestingherit pe traseele
fluxurilor A, B, C dând naştere la tensiuni de nesimetrie pe cele trei faze ale reţelei. Din
această cauză, grupul transformatoric nu funcţionează bine în sarcină nesimetrică
1.8. SCHEME ŞI GRUPE DE CONEXIUNI – TRANSFORMATOARE TRIFAZATE
Înfăşurările trifazate ale transformatoarelor electrice pof fi conectate în stea, triunghi sau
zig - zag (numai pentru joasă tensiune).
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 18/2632
SCHEME DE CONEXIUNI
a. Conexiunea stea
Conexiunea stea se notează cu simbolul "y", pentru înfăşurările de joasă tensiune şi cu
simbolul "Y", pentru cele de înaltă tensiune. Conexiunea se realizează, practic, legândîmpreună începuturile (sau sfârşiturile) înfăşurărilor de fază, cum se arată în Fig. 1.15.
Mărimile fazoriale de fază, indicate pe figură (în cazul încărcării simetrice) s-au notat cu
indicele " f ", iar mărimile de linie s-au notat cu indicele "l". Pentru conexiunea stea, în
regimuri simetrice de funcţionare, puterea aparentă trifazată şi relaţiile dintre tensiunile şi
curenţii de linie şi de fază sunt următoarele:
f l f l f f ll
I I ;U U ; I U I U S 333
b. Conexiunea triunghi
Schema de conexiuni triunghi are simbolul "d" pentru înfăşurările de joasă tensiune şi
simbolul "D" pentru înaltă tensiune. Această schemă de conexiune se realizează, conectând
sfârşitul unei înfăşurări de fază cu începutul înfăşurării fazei următoare (Fig. 1.16).
Pentru conexiunea triunghi, în regimuri simetrice de funcţionare, puterea aparentă trifazată
şi relaţiile dintre tensiunile şi curenţii de linie şi de fază sunt următoarele:
f l f l f f ll I I ;U U ; I U I U S 333
c. Conexiunea zig - zag
Schema de conexiune zig - zag se realizează numai la înfăşurările de joasă tensiune aletransformatoarelor de distribuţie, care au consumatori monofazaţi, conexiunea asigurând o
o
o
o
o
o o oR S T
I
I l l U
a o
o
U
b
U
c
U
l U
x z y
Conexiunea stea. Fig. 1.15.
o
o
o
o
o
o
o o o
U
l U
I
I l a
R S T
z
b c
y x
Fig. 1.16. Conexiunea
triunghi.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 19/2633
oarecare simetrizare a sarcinii. Conexiunea zig - zag se notează cu litera "z" şi se poate
executa numai dacă înfăşurarea este formată, pe fiecare fază, din câte două bobine identice,
având fiecare câte w2 /2 spire.
În Fig. 1.17, sunt prezentate schema de conexiuni şi diagrama de fazori ale înfăşurării
conectate în zig - zag. Constatăm că o fază a zig-zag-ului este formată din două bobine
aparţinând la două coloane diferite, ceea ce face ca nesimetria produsă de sarcina
monofazată de pe o fază să se reflecte pe două coloane ale miezului, fapt ce asigură o
anumită simetrizare a transformatorului.
Pentru conexiunea zig-zag, în regimuri simetrice de funcţionare, puterea aparentă trifazată şi
relaţiile dintre tensiunile şi curenţii de linie şi de fază sunt următoarele:
f l' f f l f
' f f f ll I I ;U U U ; I U I U I U S 333333
o o oR S T
a b co
o
o
o
o
o
U f
U' f
I l
f I
m pn
o
o
o
o
o
o
x zyU' f
lU
a.
x,y,z
c
a
b
U f
U l
U' f U' f nm
p
b.
Fig. 1.17. Conexiunea zig - zag: a - schema electrică; b - diagrama de fazori.
GRUPE DE CONEXIUNI
În sistemele trifazate defazajul dintre tensiunile de linie de joasă tensiune şi de înaltă
tensiune măsurat între bornele omoloage este întotdeauna multiplu de 30.
Se numeşte grupă de conexiune numărul care reprezintă defazajul dintre fazorul tensiunii de
linie de înaltă tensiune (de exemplu U AB) şi fazorul tensiunii omoloage de joasă tensiune
(U ab) măsurat de la fazorul de înaltă tensiune spre cel de joasă tensiune, în sensul acelor de
ceasornic (numerotarea triunghiurilor fazorilor fiind făcută în planul complex tot în sensul
acelor ceasornicului), defazaj împărţit la 30. De exemplu, schema şi grupa Yd-11 se referă
la un transformator trifazat cu înfăşurarea de înaltă tensiune conectată în stea, înfăşurarea de
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 20/2634
joasă tensiune conectată în triunghi şi cu un defazaj între fazorii U AB şi U ab egal cu
11 x 30 = 330. În Fig. 1.18 se arată că dacă la un ceas minutarul este fazorul U AB şi orarul
este fazorul U ab, diagrama de fazori a grupei 11 este analoagă unui ceas care indică ora 11.
Acelaşi ceas, la grupa 5, de exemplu, ar indica ora 5.
Fig. 1.18. Fazorii grupei 11, la un ceas cu minutarul U AB şi orarul U ab, simbolizează ora 11.
Grupele de conexiune Yy, Dd şi Dz sunt grupe pare, iar grupele Yz, Dy şi Yd sunt grupe
impare. Dintre toate grupele posibile sunt standardizate grupele 5, 6, 11 şi 12. Celelalte
grupe se obţin din cele standardizate prin permutarea circulară a bornelor înfăşurărilor de
înaltă şi/sau de joasă tensiune.
DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A GRUPEI DE CONEXIUNI
Determinarea experimentală a grupei de conexiuni se poate face prin metoda grafică a
voltmetrului, pentru transformatoare cu rapoarte k de transformare mici (uzual k <10) şi prin
metoda analitică pentru transformatoare cu rapoarte de transformare mari (uzual k >10).
Metoda grafică este una dintre cele mai simple metode de determinare experimentală agrupei de conexiune. Cu ajutorul acestei metode se face o încercare de funcţionare în gol a
U AB U ab
330˚ = 11·30˚
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
T RT
K
V
A
B
C
a
b c
a.
A=a
B
C
b
U ab AB U
Bb U
Cb U
b.
R S T
Determinarea experimentală a grupei de conexiuni: Fig. 1.19. schema experimentală; metoda grafică.a - b -
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 21/2635
transformatorului T la tensiune redusă, bornele omoloage A şi a fiind legate între ele
(Fig. 1.19.a). Se măsoară următoarele 5 tensiuni: U AB, U ab = U Ab, U Bb, U Cb, U Bc. Grupa de
conexiuni se determină astfel: se desenează la scară, triunghiul echilateral ABC al
tensiunilor cu latura U AB, aşa cum se arată în Fig. 1.19.b. În planul triunghiului ABC
(punctele A, B, C fiind notate în sens orar), în care a A, se determină punctul "b" la
intersecţia cercurilor cu centrele în A, B, C şi de raze egale, respectiv, cu U Ab, U Bb, U Cb. Se
măsoară unghiul dintre U AB şi U ab, în sens orar rezultând valoarea 330 (Fig. 1.19.b).
Transformatorul are grupa de conexiuni 330/30 = 11.
1.9. FUNCŢIONAREA TRANSFORMATOARELOR ÎN PARALEL
Conectarea în paralel a transformatoarelor este necesară pentru asigurarea continuităţii
alimentării cu energie electrică în timpul reviziilor, sau la creşterea puterii staţiilor electrice.
În Fig. 1.20, se prezintă schema de conectare în paralel a două transformatoare, notate cu
Tα şi Tβ. Aplicând regula divizorului de curent (în cazul când secundarele au tensiuni
diferite) se obţin expresiile curenţilor absorbiţi de cele două transformatoare I 1 şi I 1:
ck k
k
ck k
k
I Z Z
Z I I
I Z Z
Z I
I
1
1 ,(1.21)
în care I c reprezintă un curent de circulaţie, care încarcă suplimentar transformatoarele chiar
şi la funcţionarea în gol, având expresia
k k
' '
c Z Z
U U
I
22
(1.22)
Transformatoarele funcţionează bine în paralel dacă curentul de circulaţie I c este nul, caz în
care trebuie îndeplinită condiţia complexă: ' ' U U 22 , echivalentă cu două condiţii scalare,
obţinute prin egalitatea modulelor şi argumentelor tensiunilor. Egalitatea modulelor
tensiunilor complexe ' ' U U 22 si impune egalitatea rapoartelor de transformare ale celor
două transformatoare care reprezintă prima condiţie de punere în paralel a acestora.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 22/2636
RST
R'S'T'
A1 B1 C1 B2A2 C2
T
T
a1 b1 c 1 b2a 2 c2
a.
o o
o o
Z k
U 1 U' 2
I 1
o o
o o
Z
kU 1 U' 2
I
1
o
o
Z
b.
I 1
I 1
I
Fig. 1.20. Conectarea în paralel a transformatoarelor electrice trifazate:
a - schema electrică; b - schema echivalentă simplificată.
Standardele prevăd că rapoartele de transformare a două transformatoare funcţionând înparalel, pot diferi cu maxim 0,5 %. Egalitatea argumentelor tensiunilor '
U 2 şi ' U 2 impune
ca transformatoarele să aibă aceeaşi grupă de conexiune, care reprezintă a doua condiţie de
punere în paralel.
Primele două condiţii asigură funcţionarea perfectă în gol a transformatoarelor. Vom deduce
care sunt condiţiile ca şi în sarcină funcţionarea în paralel să fie perfectă.
Considerăm în continuare, că I c = 0. Împărţim relaţiile curenţilor I 1 şi I 1 şi se găseşte:
)( j
k
k
k
k e
Z
Z
Z
Z
I
I
kk
1
1 (1.23)
Curenţii I 1 şi I 1, se adună aritmetic (avantaj) şi nu vectorial, când k k , în care caz
I 1 / I 1 = I 1 / I 1 şi deci, I 1 + I 1 = I . Rezultă a treia condiţie de cuplare în paralel:
transf ormatoarele trebuie să aibă acelaşi defazaj intern, adică să avem îndeplinită condiţia:
k
k
k
k
R
X arctg
R
X arctg
condiţie îndeplinită dacă S1 / S1 (1 ... 4), deci puterile celor două transformatoare nu
trebuie să difere prea mult. Eroarea maximă la condiţia trei este de 15 grade electrice.
Considerăm în continuare, că k k , când relaţia (1.23) amplificată cu raportul I 1n / I 1n,
se mai poate scrie:
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 23/2637
k
k
n
n
nnn
nnn
k
k
nk
nk
n
n
u
u
SS
SS
U I U I
U I U I ,
u
u
I Z
I Z
I I
I I
1111
1111
1
1
11
11
33
33sau
relaţie din care se deduce:
k
k
n
n
u
u
S
S
S
S (1.24)
De aici rezultă că două transformatoare, funcţionând în paralel se încarcă proporţional cu
puterile lor nominale şi invers proporţional cu tensiunile lor de scurtcircuit. Rezultă a patra
condiţie de punere în paralel: cele două transformatoare să aibă aceleaşi tensiuni nominale
de scurtcircuit, pentru a se încărca fiecare proporţional cu puterea sa nominală. În caz
contrar, transformatorul cu tensiunea de scurtcircuit mai mică se va încărca primul lavaloarea nominală, cel de al doilea rămânând descărcat.
Standardele prevăd că tensiunile nominale de scurtcircuit pentru două transformatoare,
funcţionând în paralel, pot să difere cu maxim 10 %.
Relaţia (1.24) se mai poate scrie sub forma echivalentă generalizată:
k
n
k
n
k
n
u
S
S
u
S
S
u
S
S
1.10. PROBLEME APLICATIVE
APLICAŢIA 1.1
La încercarea în scurtcircuit, la curenţi nominali, a unui transformator monofazat având
puterea Sn = 100 kVA şi tensiunile U nI / U nJ = 10/0,4 kV, s-au măsurat puterea activă P1k =
2300 W şi tensiunea U 1k = 16 V. Măsurătorile s-au efectuat pe partea de joasă tensiune. Să
se calculeze parametrii de scurtcircuit ( Rk, X k, Z k) şi componentele activă şi reactivă uka şiukr ale tensiunii nominale de scurtcircuit.
Soluţie: a. Se determină curenţii nominali ai transformatorului:
AU
S I ; A
U
S I
nI
nn
nJ
nn 10
1010
10100250
400
101003
3
2
3
1
Încercarea de scurtcircuit se face la curentul nominal primar, deci putem scrie: I 1k
= I 1n = 250 A. Parametrii de scurtcircuit se calculează astfel:
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 24/2638
052400370250
23000640
250
16 2222
11
1 , R Z X ; , I
P R; ,
I
U Z k k k
k
k k
k
k k
b. Componentele activă şi reactivă ale tensiunii de scurtcircuit sunt:
03270040400160230
101002300 22
3 ,uuu; ,U U u; ,
SPu kak kr
nJ
k k
n
k ka
APLICAŢIA 1.2
Un transformator monofazat are o variaţie relativă a tensiunii secundare de 3% de la gol la
sarcină nominală pur ohmică şi de 4,9 % de la gol la sarcină nominală cu defazajul 2 = 45
inductiv. Să se determine tensiunea relativă de scurtcircuit a transformatorului şi de câte or i
este mai mare curentul de scurtcircuit (în regim permanent) sub tensiune nominală decât
curentul nominal.
Soluţie: Aplicăm relaţia (1.25) pentru regimul nominal ( = 1) în cele două cazuri
date (= 0, respectiv, = 45 ind.) şi avem:
)sinucosu( ,
;)sinucosu( ,
kr ka
kr ka
454510490
001030
din care rezultă valorile uka = 0,03 şi ukr = 0,04 şi deci uk = 0,05. Raportul k i dintre curentul
de scurtcircuit la tensiune nominală şi curentul nominal este:
205
100
[%]
100
k n
kni
u I
I k
APLICAŢIA 1.3
Pe plăcuţa indicatoare a unui transformator trifazat sunt trecute următoarele date:
puterea nominală Sn = 630 kVA, tensiunile nominale U 1n / U 2n = 6/0,4 [kV/kV], pierderile
nominale în miez PFe = 1,2 kW, pierderile Joule nominale în înfăşurări PJn = 10 kW,
tensiunea nominală de scurtcircuit uk = 6 %, grupa de conexiuni Dy - 11. Ce alte date
importante se mai pot determina cu ajutorul datelor nominale înscrise pe plăcuţa indicatoare
?
Soluţie: a. Curen ţii de linie (notaţi cu indicele l) şi de fază (notaţi cu indicele f ) aitransformatorului se calculează cu relaţiile:
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 25/2639
A , ,U
S I I
A , I
I ; A ,U
S I
n
n f l
l f
n
nl
390910403
10630
3
353
6260
36260
1063
10630
3
3
3
222
113
3
11
b. Tensiunile de fază se calculează astfel:
V U
U ;kV U U U n f nl f 231
3
400
36 2
2111
c. Parametrii de scurtcircuit Rk şi X k ai transformatorului se deduc astfel:
997222810
2810
35
6000060722
353
10
32222
21
1
12
4
21
21
, , , R Z X X X
; , ,
I
U Z ; ,
I
P R R R
k k '
k
f
k k
f
Jn' k
d. Componentele activă şi reactivă ale tensiunii nominale de scurtcircuit uka şi ukr au
expresiile:
0577506000
3599015860
6000
35722
1
1
1
1 ,
,
U
I X u; ,
,
U
I Ru
n
f k kr
n
f k ka
e. Randamentul nominal al transformatorului la un factor de putere inductiv egal cu
0,707 se determină cu relaţia cunoscută:
9754010217070630
7070630
2
2 , , ,
,
PPcosS
cosS
JnFenn
nn
f. Randamentul maxim al transformatorului se determină după ce se deduce factorul
de încărcare optim opt
:
984701034602170706303460
70706303460
346010
21
2
2opt2opt
2optopt
, , , ,.
, ,
PPcosS
cosS ,
,
P
P
max
JnFenn
nmax
Jn
Fen
Se constată că diferenţa dintre randamentul maxim şi cel nominal este sub un
procent, deci nu este potrivit ca transformatorul să funcţioneze la randament maxim (când
debitează numai 0,346 din sarcina nominală), ci la randament nominal.
5/12/2018 Transformatorul Electric - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/transformatorul-electric-55a35d2d06357 26/2640
g. Curentul permanent de scurtcircuit , la tensiune nominală, este (în valori efective):
A10106
1006260
10011 ,
[%]u I I
k nkn
APLICAŢIA 1.4
Trei transformatoare trifazate notate cu , şi au puterile nominale Sn = 1000
kVA, Sn = 1200 kVA, Sn = 1600 kVA şi tensiunile nominale de scurtcircuit uk = 5,6 %,
uk = 6%, uk = 6,3 %. Să se determine: a. puterea maximă admisibilă pe care o pot debita
cele trei transformatoare funcţionând în paralel; b. cum se vor încărca cele trei
transformatoare, dacă trebuie să debiteze în reţea puterea totală S = 3000 kVA.
Soluţie: a. Relaţia (1.33’) a puterilor şi tensiunilor de scurtcircuit se poate generaliza
astfel:
k
u
S
u
S
u
S
SSS
u
S
S
u
S
S
u
S
S
k
n
k
n
k
n
k
n
k
n
k
n
La funcţionarea în paralel, se încarcă primul la puterea nominală, transformatorul
care are tensiunea de scurtcircuit cea mai mică. Deci, vom avea S = Sn = 1000 kVA
şi din relaţia de mai sus rezultă k = uk = 5,6 %. Prin urmare, puterile cu care se încărcă
transformatoarele şi sunt: S= k Sn / uk= = 5,61200/6 = 1120 kVA, S = 5,61600/6 =
1422 kVA. Transformatoarele debitează simultan puterea maximă Smax = Sn + S + S =
3542 kVA, mai mică în raport cu puterea totală disponibilă de 3800 kVA.
b. Cunoaştem suma S + S + S şi din relaţia puterilor de mai sus deducem pe S , S
, S:
kVA
, ,
, /
uS
uS)SSS(S
, , jkjnj
k n 847
36
1600
6
1200
65
1000651000
3000
Analog, se deduc puterile S = 949 kVA şi S = 1204 kVA.