curs model 6

8/3/2019 Curs Model 6

http://slidepdf.com/reader/full/curs-model-6 1/23

TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

Unitatea de învăţare nr. 6

TRANSFORMATORUL TRIFAZATCuprins Pagina

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 66.1 Construcţia transformatoarelor trifazate6.2 Conexiunile şi grupele de conexiuni ale transformatoarelor trifazate6.3 Funcţionarea în paralel a transformatoarelor de putere6.4 Condiţiile impuse transformatoarelor funcţionând în paralel; încărcarea

transformatoarelor

6.5 Transformatoare specialeLucrare de verificare – unitatea de învăţare nr. 6Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluareBibliografie – unitatea de învăţare nr. 6

1Masini electrice – Curs şi aplicaţii




OBIECTIVELE unităţii de învăţare nr. 6

Principalele obiective ale Unităţii de învăţare nr. 6 sunt:• Familiarizarea cu•

Înţelegerea noţiunilor de• Sublinierea aspectelor practice• Recunoaşterea ...• Aplicarea cu succes a unor elemente simple de calcul

6.1 Construcţia transformatoarelor trifazate

Intr-o reţea trifazată se pot utiliza fie trei transformatoare monofazate alcătuind un grup

transformatoric fie un transformator trifazat cu miez unic. În primul caz (fig.1.35) înfăşurările primareale celor trei transformatoare monofazate sunt conectate în stea, începuturile A, B, C urmând a fialimentate de la reţea, ca şi înfăşurările secundare, la cere capetele a, b, c alimentează reţeauautilizatorilor. Oricare din sistemele de înfăşurări, primare sau secundare, pot fi însă conectate şi întriunghi.

În figura 1.36 este reprezentată o construcţie trifazată compactă, având acelaşi miez pentrutoate fazele, ambele înfăşurări fiind conectate în stea. Ambele soluţii prezintă atât avantaje, cât şidezavantaje. La grupul transformatoric, fabricaţia şi transportul sunt mai uşoare, iar - pe de altă parte -este suficient un singur transformator monofazat de rezervă în staţie, dar construcţia în totalitate este

mai scumpă. Soluţia este curent folosită pentru transformatoare de mare putere ( nS >40 MVA) şi

tensiuni ridicate (UI.T.≥220kV), la care problemele de transport şi montaj intervin pe primul plan. A douasoluţie este mai puţin costisitoare deoarece înfăşurările sunt montate pe un circuit magnetic unic, dar transformatorul este mai greu de transportat în cazul unităţilor de mare putere şi este necesar untransformator trifazat de rezervă, în staţie.

Fig.1.35 Fig.1.36

Posibilitatea utilizării pentru transformatoarele trifazate a miezurilor cu trei coloane şi două juguri reiese din analiza figurilor 1.37, a, b, şi c. Dacă trei transformatoare se plasează unul faţă de





celălalt ca în figura 1.37,a atunci coloanele 1`, 2`, 3` (fig. 1.35) se pot reuni într-o singură coloană. Însăîntr-un sistem trifazat simetric, suma fluxurilor magnetice utile a celor trei faze este nulă:

0=++C B A

φ φ φ (1.112.)

Prin urmare, în coloana comună din figura 1.37, a fluxul magnetic va fi totdeauna nul şi aceastăcoloană nu se justifică. Se ajunge deci la soluţia constructivă din figura 1.37, această construcţieintroduce o oarecare nesimetrie magnetică. În practică nesimetria se reduce prin mărirea secţiunilor

jugurilor rămase cu 5-15%. Totuşi, datorită nesimetriei magnetice, la funcţionarea în gol curenţii dinînfăşurările dispuse pe coloanele laterale sunt mai mari decât curentul din înfăşurarea dispusă pecoloana din mijloc. Curenţii la funcţionarea în gol IA0, IB0, IC0, a căror sumă este nulă în cazul conectăriiîn stea fără fir neutru, vor forma deci un sistem trifazat nesimetric, cu defazaje diferite de 1200.

Ecuaţiile diferenţiale sau în complex ale transformatorului monofazat, diagrama de fazori şischema echivalentă se pot utiliza şi pentru studiul funcţionării unui grup format din trei

transformatoare monofazate. Pentru transformatoarele trifazate cu miez compact aplicarea teorieitransformatorului monofazat la una din fazele transformatorului trifazat este posibilă numai dacătransformatorul funcţionează în sarcină simetrică. În cele ce urmează se va avea în vedere aceastăsituaţie, urmând ca funcţionarea transformatorului trifazat încărcat nesimetric să fie examinată într-un

paragraf special.

Fig.1.37

6.2 Conexiunile şi grupele de conexiuni aletransformatoarelor trifazate

A. Schemele de conexiuni

Înfăşurările primare, respectiv secundare ale transformatoarelor trifazate pot fi conectate, în

principiu, în stea, în triunghi sau zigzag.





Forma constructivă cea mai des întâlnită pentru circuitul magnetic al transformatorului trifazat

constă din trei coloane reunite în partea lor superioară şi inferioară cu câte un jug magnetic prin care se

închid liniile de câmp magnetic. La această variantă constructivă se realizează economie de fier şi

simplitate constructivă. Alte variante constructive se realizează cu ajutorul transformatoarelor

monofazate prin conexiune trifazată, stea sau triunghi, a înfăşurărilor primare şi secundare sau cu

transformatoare cu cinci coloane (trei pentru înfăşurări şi două auxiliare, laterale, care servesc pentru

micşorarea secţiunii jugurilor). Cele trei faze ale primarului şi secundarului se pot lega în stea (cu

nulul scos în afară sau nu), sau în triunghi. Înfăşurările secundarului se mai pot lega şi în zig-zag, cu

nulul accesibil, pentru alimentarea receptorilor monofazaţi. Reprezentarea schematică a conexiunilor

este

Fig. 1.38

a) Conexiunea stea se simbolizează prin litera Y pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera y

pentru joasa tensiune. Această schemă se realizează conectând împreună începuturile sau sfârşiturile

de fază, (fig.1.39,a), iar capetele libere se scot la bornele transformatorului; uneori se scoate şi nulul

conexiunii la o bornă accesibilă pe capacul transformatorului. În regim armonic, valoarea efectivă a

tensiunii de linie este de 3 ori mai mare decât valoarea efectivă a tensiunii de fază - (fig.1.39,b).





Fig. 1.39

La conexiunea stea armonicile sinfazice (de ordinul 3,9,15 etc.) din tensiunile de fază , de

amplitudini egale, nu apar în tensiunea de linie. Această conexiune se utilizează la transformatoarele

de putere pe partea de înaltă şi foarte înaltă tensiune, precum şi la transformatoarele de distribuţie.

b)Conexiunea triunghi se simbolizează prin litera D pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera d

pentru joasa tensiune. Practic schema se realizează conectând sfârşitul unei înfăşurări de fază cu

începutul altei înfăşurări, legăturile de la punctele respective de conectare fiind scoase la borne. Există

două moduri distincte de a efectua aceste conexiuni: fie prin conectarea extremităţilor A cu Y, cu Z şi

C cu X (fig.1.40,a) la o înfăşurare de înaltă tensiune, fie prin conectarea extremităţilor X cu B, Y cu C

şi Z cu A. La conexiunea triunghi tensiunea de fază este egală cu tensiunea de linie, iar curentul de

fază este de 3 ori mai mic decât curentul de linie (fig.1.40,b). Din această cauză schema de

conexiuni triunghi se utilizează în cazul în care curenţii de linie au valori mari, deci pe partea de joasă

tensiune a transformatoarelor de putere, rezultând o secţiune de conductor a înfăşurării de fază mai

redusă, cu avantaje tehnologice de execuţie. La această schemă de conexiuni armonicile sinfazice din

curba curenţilor de fază nu mai apar în curba curentului de linie, acestea închizându-se în interiorul

conexiunii; prin urmare curentul de linie nu mai conţine armonica de ordinul 3.

Fig.1.40





c) Conexiunea zigzag se simbolizează prin litera z pentru înfăşurarea de joasă tensiune şi prin litera Z

pentru înalta tensiune (mai rar utilizată, la transformatoare speciale). Fiecare înfăşurare de fază este

formată din câte două semibobine identice care se conectează în felul următor: sfârşitul unei

semibobine de pe o coloană este legat cu începutul unei semibobine de pe altă coloană (de exemplu x

cu b`, y cu c` si z cu a` în fig.1.40), extremităţile x`, y` ;si z` cu a` fiind conectate în stea.

Fig.1.41

Tensiunea de fază la schema de conexiuni zigzag, în cazul când cele două bobine de pe coloane

diferite au acelaşi număr de spire, are valoarea:

bb z f f f U U U 330cos20=⋅= (1.112)

undeb f

U este tensiunea corespunzătoare unei semibobine.

Dacă cele şase semibobine s-ar înseria tot câte două, dar ambele de pe aceeaşi coloană, s-ar

realiza o schemă de conexiuni stea. În acest caz tensiunea de fază ar fi:

b y f f U U 2= (1.113)deci mai mare decât în cazul conexiunii z, în raportul:

15,13

2

3

2≅==

b

b

z

y

f

f

f

f

U

U

U

U (1.114)





Prin urmare, tensiunea pe fază la conexiunea zigzag este mai mică decât la conexiunea stea. Pentru a

obţine aceeaşi tensiune, numărul de spire trebuie majorat de 1,15 ori, deci înfăşurarea conectată în

zigzag are un consum de material conductor cu 15% mai mare decât înfăşurarea conectată în stea sau

în triunghi.

Între mărimile de fază şi cele de linie este aceeaşi dependenţă ca şi la conexiunea stea:

z f U U 3=

y f I I = (1.115)

Schema de conexiuni zigzag se utilizează pe partea de joasă tensiune a transformatoarelor de

distribuţie.

Conexiunile transformatoarelor trifazate se deosebesc şi prin defazajul dintre tensiunile de linie

primare şi cele secundare corespunzătoare. Ţinând cont de acest lucru, există 12 grupe de conexiuni,

defazajul specific fiecărei grupe fiind exprimat de o cifră, care este trecută după notaţia simbolică şi

care, înmulţită cu 30o (unitatea de unghi electric) dă defazajul menţionat.

6.3 Funcţionarea în paralel a transformatoarelor de putere Necesitatea asigurării unei rezerve în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, cât şi

creşterea în timp a consumului de energie, impune funcţionarea în paralel a transformatoarelor.

Pentru o repartiţie a curenţilor de sarcină proporţională cu puterile nominale, transformatoarele

conectate în paralel trebuie să aibă acelaşi raport de transformare (aceeaşi tensiune aplicată primarului

şi aceeaşi tensiune obţinută la secundar), aceeaşi grupă de conexiuni şi aceleaşi tensiuni de scurtcircuit.

Două sau mai multe transformatoare se consideră că funcţionează în paralel dacă au bornele

primare legate la aceeaşi reţea de alimentare, de tensiunea U1, iar bornele secundare sunt conectate la o

reţea receptoare de tensiune U2. În figura 1.42 este reprezentată schema de principiu a conectării în

paralel a două transformatoare monofazate, în care Z este impedanţa sarcinii.

Prezenţa mai multor transformatoare funcţionând paralel în staţiile electrice de transformatoare

se justifică printr-o investiţie eşalonată în timp, printr-un grad de siguranţă în exploatare sporit şi prin

posibilitatea de a asigura încărcarea transformatoarelor în regimuri optime.

Fig.1.42





Desigur, în această situaţie, pentru o putere totală dată, costurile investiţiei cresc, deoarece se

măresc consumurile de materiale şi spaţiile necesare amplasamentului; totodată cresc şi pierderile de

putere. Trebuie, însă, avut în vedere faptul că receptorul alimentat de la staţie se dezvoltă treptat în mai

mulţi ani, ca putere cerută de la staţie şi nu există nici o raţiune că se utilizează în staţie, de la început,

un transformator a cărei putere să acopere sarcina la care se va ajunge de abia peste câţiva ani. În

majoritatea cazurilor, fracţionarea puterii transformatorului în mai multe unităţi mai mici se dovedeşte

economică şi apare pe deplin justificată înzestrarea treptată a staţiei cu unităţile necesare, pe măsura

dezvoltării receptorului deservit de staţie. În acelaşi timp se rezolvă mai economic şi problema rezervei

şi asigurării continue cu energie electrică a receptorului întrucât, dacă se defectează unul din

transformatoarele staţiei, celelalte pot suporta complet sau parţial, pentru o scurtă vreme, întreaga

sarcină.

Pe de altă parte, în cazul unor sarcini reduse la anumite ore ale zilei, sau sezoniere, există

posibilitatea scoaterii din funcţiune a unor unităţi în scopul micşorării pierderilor de energie şi utilizării

celor rămase în funcţiune la randamente maxime.

6.4 Condiţiile impuse transformatoarelor funcţionând în

paralel; încărcarea transformatoarelor

La funcţionarea în paralel a două sau mai multe transformatoare trebuie îndeplinite următoarele

condiţii generale:

a) să nu apară curenţi de circulaţie între transformatoarele conectate în paralel, deoarece aceşti curenţi

provoacă pierderi importante şi limitează puterea transformatoarelor;

b) fiecare transformator să se încarce cu o putere proporţională cu puterea lui nominală, iar curenţii din

secundar să fie, pe cât posibil, în fază.

La conectarea în paralel a unor transformatoare identice ca putere şi construcţie, aceste condiţii

se realizează de la sine. În practică se conectează însă, de multe ori, transformatoare diferite ca putere

şi construcţie. În cele ce urmează se analizează asemenea situaţii, considerând - pentru simplitate -

două transformatoare monofazate.

Unele abateri de la condiţiile de mai sus sunt permise de norme şi standarde, dar numai în

limitele care se vor arăta în continuare.

La început se consideră că cele două transformate funcţionând în paralel sunt complet diferite

ca puteri nominale, rapoarte de transformare şi tensiuni de scurtcircuit.





Utilizând schemele echivalente simplificate ale celor două transformatoare funcţionând în

paralel şi debitând pe sarcina de impedanţă z cu raportarea mărimilor primare la secundar, se obţine

schema echivalentă a staţiei din figura 1.44.

Cu `̀

KI z şi `̀

KII z s-au notat impedanţele globale (kapp) raportate la secundar ale celor două

transformatoare. Dacă 1U este tensiunea reţelei de alimentare, aceeaşi pentru cele două

transformatoare iar uI k şi uII k sunt rapoartele de transformare, presupuse diferite, ale celor două

transformatoare, tensiunile lor primare raportate la înfăşurarea secundară au expresiile :

II

II

I

I

uu k

U U

k

U U 1``

1

1``

1; == (1.116)

Fig.1.44

În baza schemei echivalente din figura 1.44 se pot scrie ecuaţiile:

⋅−==+

−⋅=

−⋅=

22

2

` `

1

` `

1

2

` `

1

` `` `

1

2

` `

1

` `` `

1

I Z U

I I I

U I Z U

U I Z U

I I I

I I k

I k

I I I I

I I

(1.117)

în care 21

``

1 I I I −= şi II II I I 2

``

1 −−= sunt respectiv curenţii primari raportaţi la secundar (egali şi de

semen contrare cu curenţii reali din secundar), iar 2U este tensiunea secundară reală.

Din primele două ecuaţii rezultă curenţii:





``

2

``

1

2

``

1

``

2

``

1

2

``

1

II

II

I

I

k

II II

k

I I

Z

U U I I

Z

U U I I

−+=−=

−+==

(1.118)

precum şi curentul total absorbit de consumator:

``

``

1

``

``

1

````2

``

1

``

12

11

II

II

I

I

II I k k k k

II I

Z

U

Z

U

Z Z U I I I ++

+=+= (1.119)

Eliminând tensiunea 2U între ecuaţiile (1.118) şi (1.119) se obţin expresiile celor doi curenţi sub

forma:

````

``

1

``

1

````

``

22

``

1

````

``

1

``

1

```

``

22

``

1

II I

II I

II I

I

II I

II I

II I

II

k k k k

k

II II

k k k k

k

I I

Z Z

U U

Z Z

Z I I I

Z Z

U U

Z Z

Z

I I I

+

−−

+

=−=

+

−

++

=−=

(1.120)

Prin urmare curenţii debitaţi de cele două transformatoare funcţionând în paralel au fiecare câte douăcomponente. Primele componente, diferite pentru fiecare din cele două transformatoare, respectiv:

````

``

2

II I

II

k k

k

Z Z

Z I

+şi

````

``

2

II I

I

k k

k

Z Z

Z I

+(1.121)

sunt componentele utile, impuse de sarcina comună.

Celelalte componente sunt independente de curentul 2 I şi au valori absolute egale. Ele există

chiar când transformatoarele funcţionează în gol, adică 2 I =0. Aceste componente reprezintă, în fapt,

un curent comun care se închide între cele două transformatoare în paralel (fig.1.45), numit curent de

circulaţie sau de egalizare. Într-adevăr se constată că, dacă în curentul `̀

1 I I componenta respectivă are

expresia: ````

``

1

``

1

II I

II I

k k

circ

Z Z

U U I

+

−= (1.122)

în curentul `̀

1 III I al celui de-al doilea transformator această componentă are exact aceeaşi expresie, dar

cu semn schimbat.





Fig.1.45

Curentul de circulaţie străbate primul transformator într-un sens, iar pe cel de al doilea în sensinvers, fiind independent de sarcină. El încarcă suplimentar unul din transformatoare şi descarcă pecelălalt, provocând încălziri nepermise în transformatorul supraîncărcat. Anularea acestui curent de

circulaţie impune: 0``

1

``

1=−

II I U U (1.123.)

Cele două tensiuni trebuie să fie egale în mărime şi în fază.Egalitatea

``

1

``

1 II I U U = înseamnă că rapoartele de transformare ale celor două transformatoare

funcţionând în paralel trebuie să fie egale. Standardele impun o abatere maximă de +0,5% determinatăla platforma de încercări, pentru raportul de transformare, tocmai pentru a limita apariţia curenţilor decirculaţie.

Relaţia (1.123) referindu-se la mărimi complexe, impune şi aceeaşi fază pentru tensiunile``

1

``

1 II I U U = . De aici rezultă o a doua condiţie, importantă mai ales pentru transformatoarele trifazate, şi

anume că transformatoarele funcţionând în paralel trebuie să aibă aceeaşi grupă de conexiuni.În continuare se va analiza încărcarea transformatoarelor conectate în paralel, considerându-se

respectate cele două condiţii pentru anularea curenţilor de circulaţie şi anume:- aceleaşi rapoarte de transformare;- aceleaşi grupe de conexiuni.

Din ecuaţiile (1.120) rezultă, în ipoteza Icirc=0, relaţia:

II

I

k

k

II

I

I

I

Z

Z

I

I

I

II

2

2

`

``

``

1

``

1 == (1.124.)

sau:

( )kI kII

I

II j

kI

kII

Ink

IInk

IIn

II

In

I

U

U

I Z

I Z

I

I

I

I

ϕ ϕ −=

⋅

⋅=

2

2

2

``

2

``

2

2

2

2

(1.125)





în care IIn KII KII KII KI KI I z siU I z U 2

``

22

``

2⋅=⋅= reprezintă tensiunile de scurtcircuit ale celor două

transformatoare, iar I k ϕ şi

II k ϕ reprezintă unghiurile interne ale impedanţelor globale, definite prin

relaţiile: I

I

I

kI

I

ak

k R

X tg

µ

µ ϕ

σ Γ

==``

``

;

II

II

II

kII

II

ak

k R

X tg

µ

µ ϕ

σ Γ

==``

``

(1.126)

Considerând KII KI ϕ ϕ = , dar KIII KI µ µ ≠ , relaţia (1.125) se scrie:

n I

I

I

I

2

2

:kI

kII

IIn

II

U

U

I

I

2

2

2

2= (1.127)

sau, înmulţind peste tot cu tensiunea U2n şi ordonând altfel termenii:

I

II

n

n

k

k

II

I

II

I

S

S

S

S

µ

µ ⋅= (1.128)

Prin urmare, puterea aparentă totală S=SI+SII se repartizează pe cele două transformatoare direct proporţional cu puterile aparente normale, dar invers proporţional cu tensiunile de scurtcircuit relative.Scriind:

kII

II

KI

I

II

I

n

n

S

S

S

S

µ

µ = şi

kII

IIn

II

KI

I

I

S

S

S

S

n

µ µ

=(1.129)

se obţine relaţia:

kII

IIn

KI

I

II I

kII

IIn

II

KI

I

I

S S

S S

S

S

S

S

nn

µ µ µ µ +

+==

care permite calculul încărcării celor două transformatoare funcţionând în paralel, cunoscând puterilenominale şi tensiunile de scurtcircuit.

Pentru ca transformatoarele să se încarce proporţional cu puterile lor nominale se impune ca elesă aibă aceleaşi tensiuni de scurtcircuit relative. Standardele în vigoare admit o abatere de %10± ,determinată la platformă, pentru tensiunea de scurtcircuit prescrisă.

În cazul când KIII KI µ µ = , dar KIII KI ϕ ϕ ≠ , rezultă că valorile relative ale curenţilor In I I 221 /

şi IIn II

I 22

/ sunt egale în modul, dar defazate cu unghiul KI KII ϕ ϕ − , aşa cum este arătat în figura

1.46.





Fig.1.46

O diferenţă de fază poate apare în cazul când transformatoarele conectate în paralel sunt de puteri

diferite şi chiar dacă KII KI µ µ = rezultă:

n I

kIn

aI

S

P = µ ;

n II

kIInaII

S

P = µ (1.127)

şi deci aII aI µ µ ≠ , atrăgând după sine şi II I Γ Γ ≠ µ µ , respectiv

KII KI ϕ ϕ ≠ . (1.128)

În consecinţă transformatoarele funcţionând în paralel trebuie să nu fie de puteri mult diferite

între ele (raportul puterilor să nu depăşească valoarea 1:4). Standardele admit ca KI KIII ϕ ϕ − să fie de

cel mult 15% situaţie în care, prin însumarea geometrică a celor doi curenţi (fig.1.46) în loc deînsumare algebrică, suprasarcina corespunzătoare nu depăşeşte 3,5% din sarcina normală cândtensiunile de scurtcircuit ar fi egale şi în fază.

În concluzie, pentru o bună comportare a transformatoarelor funcţionând în paralel, estenecesar să fie îndeplinite urătoarele condiţii:

a) acelaşi raport de transformare, cu abateri maxime în limitele +0,5%; b) aceeaşi grupă de conexiuni;c) aceleaşi tensiuni de scurtcircuit în modul, cu abateri maxime în limitele ±10%;d) tensiunile de scurtcircuit să fie în fază, cu abateri admisibile până la 150.

6.5 Transformatoare speciale

În categoria transformatoarelor speciale vor fi incluse transformatoarele a căror construcţiediferă de construcţia clasică a transformatoarelor de putere ca două înfăşurări. Printre acestea, o mai

mare importanţă prezintă: autotransformatorul, Transformatoare de măsură, transformatoarele pentru

schimbarea numărului de faze, transformatoarele pentru sudare şi pentru alimentarea cuptoarelor cu

arc, etc.

Autotransformatorul





Este un transformator cu miez feromagnetic şi o singură înfăşurare de fază, prevăzută cu una

sau mai multe prize; în fapt înfăşurarea de joasă tensiune reprezintă o parte a înfăşurării de înaltă

tensiune, cele două părţi fiind legate galvanic. Autotransformatoarele pot fi monofazate sau trifazate;

cele trifazate sunt conectate numai în stea. În figura 1.47 sunt prezentate schema de principiu (a) şi

schema electrică (b) ale unui transformator monofazat. Înfăşurarea A-X este înfăşurarea de înaltă

tensiune cu iw spire, iar înfăşurarea a-x (sau M-N) este înfăşurarea de joasă tensiune cu jw spire; prin

urmare, înfăşurările primară şi secundară ale autotransformatorului sunt cuplate electromagnetic şi

conectate galvanic, o parte din înfăşurare fiind comună atât primarului cât şi secundarului.

Fig.1.47

Autotransformatoarele pot fi atât ridicătoare cât şi coborâtoare de tensiune. Raportul de

transformare al autotransformatorului poate fi constant sau variabil în cazul autotransformatoarelor

reglabile. Reglajul tensiunii se face în trepte, tensiunea minimă a unei trepte fiind limitată de tensiunea

pe spiră. Pentru o anumită poziţie a legăturii galvanice dintre cele două înfăşurări, raportul de

transformare este:

j

i

j

i

w

w

U

U

K ==

(1.129)

Notând cu aw numărul de spire al porţiunii adiţionale a înfăşurării, parcursă numai de curentul

1 I de pe parte de înaltă tensiune şi cu s I curentul prin porţiunea de înfăşurare comună, se poate scrie

cu notaţiile şi sensurile din fig.1.47,b relaţia dintre curenţi în punctul M:

ji s I I I =+ (1.130)

iar din aplicarea legii circuitului magnetic de-a lungul unei linii de câmp magnetic util rezultă,

în regim armonic, ecuaţia scrisă în calculul complex simplificat:14Masini electrice – Curs şi aplicaţii




10)( I ww I w I w a j s ji z +=− (1.131)

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

1

1

1

1

−=

−

=−

==k

w

www

w

w

w

I

I

j

i ji

j

a

j

s

i

(1.132)

sau ţinând seama de ecuaţia (1.130):

ji s I k

k I k I

1)1(

−=−= (1.133)

relaţie care arată că valoarea curentului s I din partea comună de înfăşurare depinde nemijlocit de

raportul de transformare şi este mai mică decât valoarea lui j I .Puterea transferată de autotransformator, în ipoteza că pierderile sunt neglijabile, este:

j jii I U I U S ≈= (1.134)

O parte din această putere este transformată pe cale electromagnetică, prin inducţie:

k

k S

k

k I U I U S j j s je

11 −=

−== (1.135)

iar diferenţa:

k S S S S e g

1=−= (1.136)

reprezintă puterea transferată direct din primar în secundar pe cale galvanică.Din examinarea relaţiei (1.135) rezultă avantajele utilizării autotransformatorului: miezul

feromagnetic se dimensionează pentru puterea electromagnetică sS < iS , iar porţiunea de înfăşurare

comună pentru curentul s I < j I .

Transformatoare de măsură

În cazul măsurării tensiunilor mari şi a curenţilor de intensităţi ridicate, instrumentele de

măsură nu pot fi conectate direct în circuitele electrice respective. În acest caz, trebuie să se intercaleze

transformatoare de măsură care să reducă mărimile de măsurare la valori suportate de aparatele de

măsură. Acestea tot odată, vor separa circuitul electric de înaltă tensiune de circuitul de măsură.

Transformatoarele de măsură reduc deci, mărimea măsurată şi din această cauză, în exploatare se

utilizează foarte des şi termenul de “reductoare”.

După felul mărimii măsurate, transformatoarele de măsura pot fi: de tensiune şi de intensitate.





a)Transformatoarele de tensiune

Sunt folosite la măsurarea tensiunilor şi din punct de vedere al procesului de funcţionare,

reprezintă transformatoare obişnuite, însă de mică putere (30; 60; 100; 200 VA).

Raportul de transformare KU = U1/U2, se ia în aşa fel încât la tensiunea nominală aplicată

primarului, tensiunea secundară să 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 înfăşurării

secundare se pot conecta în paralel: voltmetre, bobine de tensiune ale wattmetrelor, varmetrelor,

contoarelor, releelor etc.

Înfăşurarea secundară a transformatoarelor de măsură trebuie să se lege la pământ pentru a se

evita pericolul unei electrocutări, care s-ar putea ivi din cauza unei defecţiuni ce ar stabili un contact

electric între înfăşurarea primară şi cea secundară. De asemenea şi carcasa transformatorului se leagă

la pământ.

Transformatoarele de tensiune pot fi monofazate (Fig. 1.48) sau trifazate (Fig.1.49) Adesea, în

locul unui transformator trifazat se folosesc două transformatoare monofazate conectate în 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 într-un curent de mică intensitate. Raportul de transformare KI = I2/I1 este practic egal cu

raportul de înfăşurare (n) şi se ia în aşa fel încât la trecerea curentului nominal prin înfăşurarea

primară, prin înfăşurarea secundară curentul nominal să 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 înaltă tensiune de circuitul de măsură).





Fig. 1.52

Fig. 1.53

Dacă ampermetru sau voltmetru este destinat special pentru un anumit transformator de

măsură, atunci pe cadranul aparatului respectiv este trecut raportul de transformare, iar etalonarea este

făcută direct pentru mărimea corespunzătoare valorii nominale (de ex. dacă pe cadranul unui voltmetru

este trecut raportul 6000-100 V, atunci etalonarea voltmetrului este corespunzătoare tensiunii de 6000

V).

Transformatoarele de sudură

Transformatoarele de sudură sunt destinate sudării electrice cu arc sau contact. Aceste

transformatoare trebuie să aibă o tensiune joasă de funcţionare în gol (60-75 V), suficientă pentru

aprinderea arcului electric, iar caracteristica externă U2= f(I2) trebuie să fie coborâtoare (fig.1.54).

Astfel de caracteristici sunt necesare pentru ca intensitatea curentului să nu se modifice mult la

variaţii ale lungimii arcului electric de sudură, iar tensiunea arcului care variază în funcţie de lungimea

arcului şi de intensitatea curentului de sudare, să fie de ordinul 20-35V.





Fig. 1.54

Caracteristica externă mult descrescătoare se obţine cu ajutorul unui şunt magnetic, care

măreşte reactanţa de scăpări magnetice (fig.1.55), sau intercalând în serie cu arcul electric de sudare o

bobină de reactanţă (fig.1.56), care determină o cădere mai mare de tensiune la creşterea curentului de

sudare. Reglarea regimului de sudare se face variind poziţia şuntului magnetic sau modificând

întrefierul bobinei de reactanţă.

Fig.1.55 Fig.1.56Factorul de putere al transformatorului, în timpul sudării cu arc este relativ mic (0,4 – 0,6),

fiind inductiv. Transformatoarele de sudură prin contact electric lucrează practic în scurtcircuit. Ele

sunt calculate să asigure curenţi foarte mari, până la zeci de kA în secundar. Modificarea acestui curent

se face fie cu o bobină prevăzută cu miez feromagnetic cu întrefier, fie prin modificarea numărului de

spire din înfăşurarea primară.





De reţinut!

-Intr-o reţea trifazată se pot utiliza fie trei transformatoare monofazate alcătuind

un grup transformatoric fie un transformator trifazat cu miez unic.

-Conexiunea stea se simbolizează prin litera Y pentru înfăşurarea de înaltă

tensiune şi litera y pentru joasa tensiune. Această schemă se realizează

conectând împreună începuturile sau sfârşiturile de fază iar capetele libere se

scot la bornele transformatorului; uneori se scoate şi nulul conexiunii la o bornă

accesibilă pe capacul transformatorului, În regim armonic, valoarea efectivă a

tensiunii de linie este de 3 ori mai mare decât valoarea efectivă a tensiunii de

fază.

-Conexiunea triunghi se simbolizează prin litera D pentru înfăşurarea de

înaltă tensiune şi litera d pentru joasa tensiune Practic schema se realizează

conectând sfârşitul unei înfăşurări de fază cu începutul altei înfăşurări,

legăturile de la punctele respective de conectare fiind scoase la borne. La

conexiunea triunghi tensiunea de fază este egală cu tensiunea de linie, iar

curentul de fază este de 3 ori mai mic decât curentul de linie

-Conexiunea zigzag se simbolizează prin litera z pentru înfăşurarea de joasă

tensiune şi prin litera Z pentru înalta tensiune. Fiecare înfăşurare de fază este

formată din câte două semibobine identice care se conectează în felul următor:sfârşitul unei semibobine de pe o coloană este legat cu începutul unei

semibobine de pe altă coloană. Tensiunea de fază la schema de conexiuni

zigzag, în cazul când cele două bobine de pe coloane diferite au acelaşi număr

de spire, are valoarea:

bb z f f f U U U 330cos20=⋅=

-La funcţionarea în paralel a două sau mai multe transformatoare trebuie

îndeplinite următoarele condiţii generale:

a) să nu apară curenţi de circulaţie între transformatoarele conectate în paralel,

deoarece aceşti curenţi provoacă pierderi importante şi limitează puterea

transformatoarelor;

b) fiecare transformator să se încarce cu o putere proporţională cu puterea lui

nominală, iar curenţii din secundar să fie, pe cât posibil, în fază.

-Pentru o bună comportare a transformatoarelor funcţionând în paralel, este





necesar să fie îndeplinite urătoarele condiţii:

a) acelaşi raport de transformare, cu abateri maxime în limitele +0,5%;

b) aceeaşi grupă de conexiuni;

c) aceleaşi tensiuni de scurtcircuit în modul, cu abateri maxime în

limitele ±10%;

d) tensiunile de scurtcircuit să fie în fază, cu abateri admisibile până la

150.

-Autotransformatorul

Este un transformator cu miez feromagnetic şi o singură înfăşurare de

fază, prevăzută cu una sau mai multe prize; în fapt înfăşurarea de joasă tensiune

reprezintă o parte a înfăşurării de înaltă tensiune, cele două părţi fiind legate

galvanic. Autotransformatoarele pot fi monofazate sau trifazate; cele trifazate

sunt conectate numai în stea.

Test de autoevaluare 6.11.La un transformator trifazat conexiunea stea se simbolizează:

a) prin litera Y pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera y pentru joasatensiune b) prin litera Z pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera Z pentru joasa

tensiunec) prin litera D pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera d pentru joasa

tensiune

2.La un transformator trifazat cu infasurarea primara in conexiune stea valoareaefectivă a tensiunii de linie este:

a) de 3 ori mai mare decât valoarea efectivă a tensiunii de fază

b) de 3 ori mai mica decât valoarea efectivă a tensiunii de fazăc) egala cu valoarea efectivă a tensiunii de fază3.La un transformator trifazat conexiunea triunghi se simbolizează

a) prin litera D pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera d pentru joasatensiune

b) prin litera Z pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera z pentru joasatensiune

c) prin litera Y pentru înfăşurarea de înaltă tensiune şi litera y pentru joasa tensiune4.La un transformator trifazat cu infasurarea primara in conexiune triunghi

valoarea efectivă a curentului de fază este:





a) de 3 ori mai mic decât valoarea efectiva a curentului de linie b) de 3 ori mai mare decât valoarea efectiva a curentului de liniec) egala cu valoarea efectiva a curentului de linie5.Pentru o bună comportare a transformatoarelor funcţionând în paralel, estenecesar să fie îndeplinite urătoarele condiţii:

a) acelaşi raport de transformare, cu abateri maxime în limitele +0,5%;aceeaşi grupă de conexiuni; aceleaşi tensiuni de scurtcircuit în modul, cuabateri maxime în limitele 10%; tensiunile de scurtcircuit să fie în fază, cuabateri admisibile până la 150.

b) sa fie cuplate pe aceiasi sarcinac) sa fie de aceleasi valori nominale.

6.Autotransformatorul este:a) un transformator cu miez feromagnetic şi o singură înfăşurare de fază,

prevăzută cu una sau mai multe prize,înfăşurarea de joasă tensiune

reprezentand o parte a înfăşurării de înaltă tensiune, cele două părţi fiindlegate galvanic. b) un transformator special utilizat la transformarea numai a anumitor

parametri electriciun transformator special utilizat numai pe instalatiile electrice de inalta tensiune

7.Transformatoarele trifazate pot avea înfăşurările conectate astfel:a. Y/d

b. z/yc. z/d

8.Simbolul Dy la transformatoare trifazate reprezintă :a. conexiune triunghi pentru primar şi conexiune stea pentru secundar

b. conexiune stea pentru primar şi conexiune triunghi pentru secundar c. conexiune triunghi pentru înaltă şi conexiune stea pentru joasă

tensiune

Lucrare de verificare la Unitatea de învăţare nr. 6

1.Reprezentati schematic a conexiunea stea.2.Reprezentati schematic a conexiunea triunghi3.Reprezentati schematic a conexiunea zigzag4.Care sunt conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca transformatoareleelectrice pentru o buna functionarea in paralel5. Descrieti functionarea autotransformatorului





Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare

1.a.2.a.3.a.

4.a.5.a.6.a7.a.8.a.

Bibliografie


curs model 6

Documents