transformatorul trifazat

Download TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

Post on 13-May-2017

228 views

Category:

Documents

6 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Transformatorul Electric Trifazat

ARGUMENT

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

Din punct de vedere constructiv, transformatorul are dou pri principale:

1) circuitul magnetic - reprezentat de miezul de fier i construit din tole de oel

electrotehnic pentru reducerea pierderilor n fier;

2) circuitele electrice - reprezentate de dou sau mai multe nfurri din Cu

sau Al, realizate n jurul circuitului magnetic, fiind deci cuplate inductiv.

nfurarea care primete energia de la o surs se numete nfurare primar, iar cea care cedeaz energia unei reele sau unui consumator se numete nfurare secundar.

Clasificarea transformatoarelor:

a) Dup cum tensiunea nfurrii secundare este mai mare sau mai mic dect cea a nfurrii primare, transformatorul este ridictor sau cobortor de tensiune.

b) Dup numrul de faze putem avea transformatoare monofazate, trifazate sau speciale (ex: tri-hexafazate).

c) Dup modul de racire : cu aer, cu ulei de transformator.

Rolul:

1)Concentrarea liniilor de cmp

2)Susinerea nfurrilor

3)Transmiterea cuplului , forelor

4)Transmiterea cldurii

Datele nominale ale unui transformator sunt:

CAPITOLUL I

Transformatoare electrice

1. Definiia transformatorului electric

Transformatorul electric este un aparat static, utilizat pentru modificarea parametrilor puterii electromagnetice primite de la o reea de curent alternativ i transferarea acesteia la o alt reea de curent alternativ.

Parametrii modificai sunt tensiunea i intensitatea curentului, pstrndu-se frecvena constant. Se poate modifica i numrul de fraze.

2. Principiul de funcionare. Clasificare.

Presupunem c ambele circuite ale transformatorului au spirele nfurate n acelai sens i c au N1 respectiv N2 spire. Transformatorul se consider c funcioneaz n gol (i2=0, adic circuitul secundar este deschis). Dac se aplic transformatorului tensiunea alternativ u1 de valoare efectiv U1 n primar apare curentul de intensitate i1 i valoare efectiv I1. Acesta, d natere unui flux magnetic alternativ avnd valoarea instantanee = mcos t. Acest flux variabil care strbate spirele ambelor nfurri face s apar n cele N1 spire ale primarului o t.e.m. de autoinducie:

iar n secundar, t.e.m. este:

Facem raportul celor dou relaii:

Conform legii lui Ohm, n circuitul primar suma dintre tensiunea de alimentare u1 i t.e.m. de autoinducie e1 trebuie s fie egal cu cderea de tensiune din primar:

u1 + e1 = R1 i1

unde R1 este rezistena primarului. De obicei, valoarea lui R1 este mic i produsul R1i1 se poate neglija, astfel nct:

e1 -u1

Semnul arat c t.e.m. de autoinducie e1 este n opoziie de faz cu tensiunea reelei de alimentare a transformatorului, u1. La funcionarea n gol a transformatorului, t.e.m. e2 este egal cu tensiunea u2 de la bornele secundarului:

e2 = -u2

Rezult deci, c:

T.e.m. e1 i e2 sunt n faz, iar tensiunile u1 i u2 sunt n opoziie de faz (semnul - din faa raportului u1 / u2 indic aceast defazare, de radiani). n valoare absolut, rezult o relaie i ntre valorile efective ale mrimilor alternative:

Raportul tensiunilor la bornele nfurrilor, la mersul n gol al transformatorului, notat cu k, se numete raportul de transformare al transformatorului. Dac k < 1, u2 > u1, transformatorul poart denumirea de transformator ridictor de tensiune, iar dac k > 1, u2 < u1, se numete transformator cobortor de tensiune. Cnd k = 1, u2 = u1, transformatorul servete la separarea electric a circuitelor (sunt folosite n unele montaje din electronic).

Dac la bornele transformatorului se conecteaz un consumator rezistiv de rezisten RS, prin circuitul secundar va aprea curentul de intensitate i2. n acest caz, u2 e2 deoarece apare cderea de tensiune pe sarcin RS i2. n condiii normale (nominale) de funcionare, diferena e2 - u2 este mic, deoarece i pierderile Joule n secundarul transformatorului sunt mici. Se poate deci considera c practic, puterea P1 din primar i cea din secundar P2 sunt egale: P1 = P2 sau U1I1 = U2I2, de unde:

Deoarece transformatoarele au un randament foarte mare (la cele de puteri mari fiind peste 99,5%), aceast relaie constituie o foarte bun aproximare.

Pentru cazul transformatorului care funcioneaz n sarcin, n sensul c la bornele primarului se aplic tensiunea alternativ u1, iar la bornele nfurrii secundare este conectat un receptor (consumator), procesele fizice sunt, n principal, urmtoarele: circuitul secundar fiind nchis printr-un consumator oarecare, rezistiv sau rezistiv-reactiv, t.e.m. e2 produce n el un curent de intensitate i2. Acest curent produce la rndul su un flux 2 care, conform legii lui Lenz, este de sens contrar fluxului creat de curentul primar, denumit flux de regim 1. Avnd n vedere faptul c transferul de putere din primar n secundar (realizat prin cuplaj magnetic) face s apar o serie de pierderi de natur electric i magnetic (prin efect Joule n nfurri i pierderi prin cureni turbionari i histerezis n miezul de fier) valoarea maxim a fluxului 2 este mai mic dect valoarea maxim a lui 1. Diferena celor dou fluxuri constituie fluxul principal prin transformator i este practic egal cu fluxul = m cos t produs de curentul primar la mersul n gol al transformatorului: = 1 - 2 = m cos t. La o cretere a sarcinii, valoarea maxim a lui 2 crete i are ca efect tendina de scdere a fluxului principal . Ca efect, din relaia:

rezult c valoarea efectiv I1 crete. Creterea lui I1 implic creterea valorii maxime a fluxului 1. Ca urmare, m rmne practic constant n raport cu variaia sarcinii.

Aadar, cnd crete sarcina transformatorului, adic crete I2, crete i intensitatea curentului I1 prin circuitul primar, deoarece puterea furnizat n secundar crete i deci trebuie s creasc i puterea absorbit de primar de la reeaua de alimentare. Invers, la scderea puterii n secundar, scade i puterea absorbit de primar.

Fig. 1 Principiul de funcionare al transformatorului

Principalele tipuri de transformatoare. Transformatoarele folosite n mod curent se pot clasifica n urmtoarele tipuri:

Transformatoare de putere, folosite pentru transportul i distribuia energiei electrice ;

Autotransformatoare, folosite pentru transformarea tensiunii n limite restrnse;

Transformatoare de msur, folosite pentru conectarea aparatelor de msur (se construiesc transformatoare de msur reductoare de tensiune i transformatoare de msur reductoare de curent) ;

Transformatoare cu destinaii special, cum sunt, de exemplu cele folosite pentru sudur, pentru cuptoare electrice, pentru ncercri, etc.

Dup felul curentului alternativ, transformatoarele pot fi monofazate sau polifazate. Cele mai rspndite sunt transformatoarele de putere trifazate, folosite pentru transportul i distribuia energiei electrice.

3. Generaliti specifice regimurilor de lucru

Situaiile n care poate funciona un transformator sunt urmtoarele: funcionare n gol, funcionare n sarcin i funcionare n scurtcircuit.

Dei transformatoarele cele mai folosite sunt cele trifazate, explicarea fenomenelor care se produc n cele trei situaii de funcionare se va face pentru simplificare, considernd un transformator monofazat.

3.1. Funcionarea n gol

n cazul cnd la nfurarea secundar nu este racordat o sarcin i nfurarea primar este legat la o reea de alimentare, se spune c transformatorul funcioneaz n gol (fig.1).

n acest regim de funcionare, dac la bornele nfurrii primare se aplic o tensiune alternativ U1, n nfurare va circula un curent i0. Acest curent, produce la rndul lui, o t.e.m. alternativ care determin un flux alternativ . Acesta trece prin tot miezul de fier, traversnd deci i spirele nfurrii secundare. Fluxul fiind alternativ, ca i tensiunea U1, determin n spirele nfurrii secundare o t.e.m. (tensiune electromotoare) e2 i, deci, la bornele secundare o ale transformatorului apare o tensiune alternativ U2.

La funcionarea n gol, ntre tensiunile primar i secundar i numrul de spire din nfurrile primar i secundar exist relaia:

n care:

U1 este tensiunea primar

U2 tensiunea secundar

n1 numrul de spire din nfurarea primar

n2 numrul de spire din nfurarea secundar

K raportul de transformare al transformatorului.

La funcionarea n sarcin exist o diferen ntre i , care este foarte mic pentru regimurile normale de funcionare.

Determinarea raportului de transformare prin msurarea celor dou tensiuni se face numai la mersul n gol al transformatorului.

Conform legii lui Lenz, n nfurarea primar se produce o for contra-electromotoare e1, numit astfel deoarece este de sens contrar fa de U1.

Dac n-ar exista anumite pierderi, fora contra-electromotoare e1 ar fi egal n mrime cu U1. Se tie ns c n miezul de fier apar pierderi prin histerezis i cureni turbionari. Pierderile prin histerezis produc o nclzire a fierului datorit schimbrii alternative de sens a forei magnetomotoare, deci o pierdere real de energie. Pierderile prin cureni turbionari se datoresc curenilor de inducie care se produc n masa metalic aflat ntr-un cmp magnetic variabil n timp. Datorit acelor cureni se dezvolt cldur prin efect Joule-Lorentz, adic o alt pierdere real de energie.

Pierderile prin histerezis i prin