EEc_Curs 7-8_Trafo

7/25/2019 EEc_Curs 7-8_Trafo

1/15

Echipamente electrocasnice

TRANSFORMATOARE ELECTRICE

1. Transformatorul monofazat

Transformatorul electric este o main electric, cu dou sau mai multe nfurri

electrice cuplate magnetic, care transform parametrii energiei electrice de curent alternativ

(frecvena rmne aceeai).

Clasificare transformatoarelor se poate face dup mai multe criterii:

- n funcie de numrul de fae transformatoarele pot fi monofazate i trifazate!

- dup numrul nfurtor plasate pe mie, transformatoarele pot fi cu dousau mai multe

nfurri.

- transformatoare de msur, de curent sau de tensiune, utiliate pentru adaptarea

diferitelor aparate de msur la mrimile de msurat!

- n funcie de sensul transformrii avem transformatoare ridictoare si

transformatoare cobortoare.

- dup destinaie se construiesc transformatoare pentru transportul i distri"uia

energiei electrice (de putere) i transformatoare pentru aplicaii specifice (cuptoare

electrice, sudur, de iolare, pentru circuite electronice etc)

- dup modul de rcire avem transformatoare cu rcire n aer si cu rcire cu ulei

a. Elementele constructive de az! ale transformatorului monofazat

#lementele constructive de "a ale transformatorului electric monofaat sunt:

miezul feromagnetic i nfurrile transformatorului (primar, respectiv secundar).

$c%ema de principiu a unui transformator este dat n fig. &.

a " c'ig. &. ieul transformatorului monofaat

Miezul feromagnetic (&) servete pentru nc%iderea liniilor de cmp magnetic. #l se

construiete din tole de oel electrote%nic aliat cu siliciu (aproimativ *+), iolate ntre ele

cu lac sau un strat de oid i cu o grosime de ,mm sau ,mm,. /tiliarea tolelor duce

la micorarea pierderilor de energie prin cureni tur"ionari i celor datorate fenomenului de

01


2/15


%istereis. 2a transformatoarele de nalt frecven, mieul este construit din materiale

speciale (ferita), care au pierderi mici la frecvene ridicate. 'orma mieului poate fi cu

coloane (fig. &.a) sau n manta (fig. &." i fig. &.c).

3entru mieul din fig. &.c, care este compus din dou pri: una n form de #

notat cu & i una n form de 4 notat cu 0, aearea tolelor tre"uie s se fac de asemeni

n aa fel nct spaiile li"ere de la m"inarea tolelor () s alternee.

$trngerea tolelor la asemenea transformatoare se realiea prin nituire sau cu

uru"uri.

nfurrile transformatoruluimonofaat se eecut fie concentrice, fie alternate.

5nfurrile concentrice sunt n general nfurri cilindrice coaiale, nfurarea de

6oas tensiune aendu-se n apropierea mieului, iar cea de nalt tensiune ncon6urnd pe

cea de 6oas tensiune (fig. 0.a).

a "'ig. 0. 5nfurrile transformatorului monofaat

5nfurrile alternate se eecut n aa fel nct pe nlimea unei coloane alternea

"o"ine ale nfurrii de 6oas tensiune cu "o"ine de nalt tensiune (fig. 0.").

5nfurrile primar i secundar se eecut din spire circulare realiate din

conductoare de cupru sau aluminiu iolate (emailate sau iolate cu fire de "um"ac).

5nfurrile primar i secundar, sunt iolate ntre ele precum i fa de mieul

feromagnetic prin one de aer sau straturi din diferite materiale iolatoare.

5n caul transformatoarelor de mic putere, nfurrile sunt n general, concentrice,dat fiind te%nologia mai simpl.

5n afar de elemente constructive de "a, la transformatoarele de putere, la care

pierderile de energie sunt mari i deci tre"uie s se asigure o rcire "un, mieul

feromagnetic cu nfurrile transformatorului se introduc ntr-o cuv umplut cu ulei

iolant, numit ulei de transformatorcare poate circula natural sau forat.

7epreentarea sim"olic a transformatorului este dat n fig. .

08


3/15


'ig. . $im"oliarea transformatoarelor monofaate

. "rinci#iul de func$ionare

'uncionarea transformatorului se "aea pe fenomenul induciei electromagnetice.

2a trecerea curentului 4&prin nfurarea primar (fig. *) se va forma un cmp magnetic

alternativ () a crui linii de cmp se vor nc%ide prin mieul feromagnetic, intersectnd

att spirele primarului ct i cele ale secundarului.

'ig. *

5n nfurarea primar se va induce o t.e.m. de autoinducie e&, iar n cea secundar o

t.e.m. de inducie mutual e0. 9alorile acestor t.e.m., vor fi:

dt

d:e &&

= i

dt

d:e 00

=

unde repreint valoarea instantanee a fluului magnetic.

Considernd tsinm = (fluul proporional cu curentul din primar), reult:

==

0tsin:tcos:e m&m&&

i

= 0tsin:e m00

unde &si 0repreint numrul de spire al primarului respectiv al secundarului iar este

pulsaia tensiunii.

$im"olic:

06

&& e##

= si 06

00 e##

=

#&i #0fiind valorile efective, date de relaiile :

0;


4/15


m&m&

& f:**,*0

:# =

= si m0

m00 f:**,*

0

:# =

=

$e o"serv c t.e.m. #& i #0sunt defaate n urm cu 0TA&, transformatorul este ridictor de tensiune.

c. Re%imurile de func$ionare ale transformatorului monofazat

c1. Func$ionarea transformatorului &n sarcin!

5n acest regim de funcionare, la "ornele circuitului secundar este conectat

impedana de sarcin ,B . $c%ema ec%ivalent a transformatorului este preentat n

fig..

3rincipiul de funcionare al transformatorului se "aea pe fenomenul induciei

electromagnetice. ?stfel nfurarea primar, care este alimentat cu tensiunea alternativ

&/ si este str"tut de curentul &4 , produce un cmp magnetic varia"il, ale crui linii

str"at nfurarea secundar. Ca urmare a acestui fenomen, la "ornele nfurrii

secundare apare tensiunea electromotoare indus 0# iar circuitul secundar este nc%is i

este str"tut de curentul 04 .

'ig. . $c%ema ec%ivalent la funcionarea n sarcin

5n aceast sc%em s-au fcut urmtoarele notaii:

&/ - tensiunea de alimentare nominal a nfurrii primare!

0/ - tensiunea la "ornele nfurrii secundare!

&7 , 07 - reistenta primarului respectiv a secundarului!

&0d , 0&d - reactana de scpri sau de dispersie a primarului n raport cu

secundarul si respectiv, a secundarului n raport cu primarul!


5/15


4 - componenta de magnetiare a curentului de mers n gol necesar magnetirii

mieului feromagnetic datorat reactanei utile de magnetiare !

4D - componenta activ a curentului de mers n gol necesar acoperirii pierderilor de

energie n fier i n cupru determinat de valoarea reistentei 7D!5n ipotea c se negli6ea pierderile n mieul magnetic si mieul magnetic se

consider nesaturat (transformator ideal), ecuaiile de funcionare n sarcin ale

transformatorului monofaat vor fi:

++=

+=

000&d000

&&&0d&&&

#46C47/

#46C47/

iar relaiile dintre cureni se pot scrie:

&,&00&& 4:4:4: =+

ecuaie care repreint ecuaia solenaiilor si unde 4& este curentul de mers n gol al

transformatorului 44&,

c'. Func$ionarea transformatorului &n %ol

5n acest regim de funcionare, impedana consumatorului la "ornele secundarului este

=0B iar curentul n secundar este ,40 = . 5ncercarea la mersul n gol se efectuea prin

alimentarea nfurrii primare cu tensiunea :&& // = . =eoarece n secundar nu se

transfer energie, ntreaga energie a"sor"it de primar de la reea servete la crearea

cmpului magnetic util i de dispersie i la acoperirea pierderilor Eoule n primar. =in acest

motiv intensitatea curentului primar de mers n gol este mult mai mic dect intensitatea

curentului primar nominal ( ) :&&, 4+&,04 = .

$c%ema ec%ivalent a transformatorului este preentat n fig. F.

?plicnd teoremele Girc%%off pe circuitul ec%ivalent, se o"in ecuaiile:

==

+==

=

+=

DD&

D,&,

&0,

&&,&0d&,&&,

4746C#

4444

#/

#46C47/

care repreint ecuaiile de funcionare n gol ale transformatorului monofaat.

&


6/15


'ig. F. $c%ema ec%ivalent a transformatorului

5ntruct la mersul n gol, :&&, // se poate deduce de aici raportul de transformare:

0,

:&

0

&

0,

&,T

/

/

:

:

/

/> ==

5ncercarea la mers n gol permite determinarea parametrilor transformatorului: T>

,7D, si, cel mai important, pierderile n fier 'e3 . ?stfel, puterea consumat la mers n

gol este 0&,D&, 473 = , de unde reult:

0&,

&,D

4

37 =

?nalog, pornind de la puterea reactiv consumat 0&,&, 4H = , se calculea

reactana util de magnetiare .

0&,

&,

4

H =

3ierderile n fier se calculea pornind de la faptul c puterea electric activ primit

de primar este utiliat n cea mai mare msur pentru acoperirea pierderilor n fier, n

mieul magnetic, pierderile Eoule fiind negli6a"ile.

'actorul de putere la mers n gol cos&este n general mic (,0I,) si din aceast

cau n practic nu este indicat ca transformatorul s fie lsat s funcionee n gol.

Curentul la mers n gol 4& este mic (0I&)+4&i din aceast cau pierderile de energie n

cupru 7&4&0sunt negli6a"ile. Jinnd cont de acest lucru, reult c:

'e0&,&'e&,&,&&, 3473cos4/3 +==

c(. Func$ionarea transformatorului &n scurtcircuit

'uncionarea n scurtcircuit a unui transformator este posi"il numai dac aplicnd

primarului o tensiune micorat, numit tensiune de scurtcircuit, prin nfurrile

transformatorului circul curenii nominali respectivi. 5n acest ca tensiunea de scurtcircuit

/sceste de (I1)+/&si este un parametru de catalog al transformatorului.

0


7/15


Tensiunea de scurtcircuit fiind mic, fluul magnetic util va fi mic i deci pierderile

de energie n fier vor fi negli6a"ile. =in aceast cau se consider c ntreaga energie

primit de transformator, de la reea, este consumat numai pentru acoperirea pierderilor de

energie prin nclire n cuprul nfurrilor.

$e poate scrie deci, c 0:000:&&Cusc 474733 +==

d. Caracteristica e)tern! a transformatorului monofazat

K important deose"it n funcionarea transformatorului o are dependen a dintre

tensiune 0/ la "ornele secundarului i curentul 40de"itat de acesta pe o sarcina eterioar

B. /ual, aceasta caracteristic se o"ine eperimental si poate avea una din formele

repreentate n fig. 1, dependente de natura sarcinii.

'ig. 1. Caracteristica etern

=up cum se remarc din figur, aceasta caracteristic este n general rigid iar

rigiditatea sa se eprim prin cderea relativ de tensiune:

[ ] &,,/

//+/

0,

00,0

=

=e regul, la transformatoarele de putere aceasta cdere de tensiune repreint cteva

procente din tensiunea nominal. ?ceasta arat c transformatorul de putere alimentea n

secundar consumatori la tensiune relativ constant fata de variaia curentului 40.

e. *ilan$ul #uterilor i caracteristica randamentului

3rin definiie, randamentul repreint raportul dintre mrimea de ieire si cea de

intrare iar la un transformator este raportul ntre puterea activ, 0000 cos4/3 = transmis

receptorului de ctre nfurarea secundarului i puterea activ &&&& cos4/3 = , primit

de la sursa de alimentare (de la reea) de ctre nfurarea primar, adic:

&&&

000

&

0

cos4/

cos4/

3

3

==


8/15


=ar puterea primit se poate scrie:

Cu'e0& 3333 ++=

n care:&,'e

33 =

isc

0

00

0

&&0Cu&CuCu 34747333 =+=+= i reult:

sc&000

000

&

0

33cos4/

cos4/

3

3

++

==

?nalog, pentru puterea reactiv &&&& sin4/H = , se poate scrie:

0d& HHHH ++=

n care 00d0&&d0d&dd 44HHH +=+=

3lecnd de la sc%ema ec%ivalent a transformatorului, n fig. 8 este preentat

ntr-o form sugestiv, elementele din transformator care consum putere activ si

reactiv la funcionarea n sarcin

'ig. 8. Lilanul puterilor active si 'ig. ;. Caracteristica

reactive la transformator randamentului

Considernd tensiunea U2 constant i dac se notea: nII 00


9/15


Jinnd cont c tensiunea /& este constant, fluul magnetic util este practic

independent fa de sarcin i deci pierderile n fier sunt aceleai, oricare ar fi coeficientul

, epresia de mai sus devine:

Cu:0

'e0:

0:

33cos$cos$

++ =

9aloarea maim m a randamentului, la un anumit factor de putere al receptorului

conectat la "ornele nfurrii secundare, are loc la un anumit grad de ncrcarem

,

determinat de ecuaia: =

d

dsi reolvnd aceast ecuaia, se gsete:

Cunme!! = 0

adic randamentul atinge valoarea maim pentru acel grad de ncrcare pentru care

Cue!! = . 5n practic un transformator funcionea un timp mai ndelungat la o sarcin

mai mic dect sarcina nominal ( 1.,., = ) i deci ( ) Cune !! = ,0, . 2a

proiectarea i construcia transformatorului se ine cont de acest reultat final i n

consecin se consider randamentul maim la o sarcin de cca. 1+ din sarcina nominal.

5n fig. ;.;. este preentat cur"a de variaie ale randamentului n funcie de sarcin,

factorul de putere fiind constant. 5n general, randamentul transformatorului este ridicat,

mai mare dect al mainilor electrice, ntruct nu intervin pierderi mecanice (,;M.;1).

'. Transformatorul trifazat

Transformatoarele trifaate sunt folosite n special ca transformatoare de putere n

instalaiile de transport i distri"uie a energiei electrice, dar sunt ntlnite i n instalaiile

de utiliare a energiei electrice iar forma constructiv cea mai des ntlnit pentru circuitul

magnetic a transformatorului trifaat const din trei coloane reunite n partea lor superioari inferioar cu cte un 6ug magnetic prin care se nc%id liniile de cmp magnetic (fig. &).

Cele trei fae ale primarului i secundarului se pot lega n stea (sim"ol N, pentru

primar i O pentru secundar) sau n triung%i (= pentru primar, d pentru secundar).

5nfurrile secundarului se mai pot lega i n igag (notaia B), cu nulul accesi"il, pentru

alimentarea receptorilor monofaai.


10/15


N


11/15


- s ai" acelai raport de transformare (aceeai tensiune aplicat primarului i

aceeai tensiune o"inut la secundar)!

- aceeai grup de coneiuni!

- aceleai tensiuni de scurtcircuit.

(. Autotransformatoare

?utotransformatorul este un transformator la care nfurarea de 6oas tensiune este o

parte din nfurarea de nalt tensiune. #l poate fi monofaat sau trifaat, cnd nfurrile

sunt conectate n stea.

?utotransformatoarele monofaate de mic putere sunt utiliate n la"oratoare, n

instalaiile de automatiare iar cele de mare putere si tensiune nalt sunt utiliate pentru

reglarea tensiunii n diferite puncte de interconectare a reelelor. ?utotransformatoarele

trifaate sunt utiliate pe scar larg la pornirea motoarelor asincrone si sincrone, n

la"oratoare etc.

3rincipiul de funcionare este aceiai ca si la transformator clasic cu o"servaia c

ntre nalta si 6oasa tensiune este un transfer de putere att prin inducie, pe poriunea

(fig. &), ct si direct, prin punctul de legtur .

$e poate scrie astfel c la ieire curentul este:

ise 444 +=

iar relaia solenaiilor:

( ) ,iiea,ieeia 4:::44:4: =+=

Considernd ,i4 este negli6a"il n raport cu 4i relaiile de mai sus conducnd la

,4:4: eeia = unde eai ::: += si raportul de transformare se mai poate scrie:

i

e

e

i

e

iT

4

4

/

/

:

:> =

'ig. &.

3uterea electromagnetic transmis prin inducie este:

1


12/15


T

T&

e

ieisea

>

&>$

4

4&4/4/$

=

==

unde iiee& 4/4/$ = este puterea transmis de autotransformator.

3uterea transmis direct ntre partea de nalt si 6oas tensiune este:d&d $$$ =

Constructiv, dimensiunile autotransformatorului depind de $ccare se mai numete

putere de calcul (>TQ&, punctul se mut n ?, $cQ, $dQ$& si nu mai este necesar

autotransformator).

?utotransformatoarele, avnd primarul legat galvanic cu secundarul, au deavanta6ul

c din primar n secundar sau invers pot aprea supratensiuni periculoase. ?cest deavanta6

face ca ele s fie utiliate numai n reele de 6oas sau de nalt tensiune, nfurrile sai" aceiai iolaie si se realiea constructiv numai pentru rapoarte de transformare

0>T .

+. Transformatoare de m!sur!

Transformatoarele de msur sunt destinate alimentarii unor aparate de msurat

(ampermetre, voltmetre, Rattmetre), n scopul adaptrii lor la mrimile de msurat

(tensiuni nalte, cureni inteni, puteri mari). #le se construiesc la puteri mici si pot fi decurent sau de tensiune.

a. Transformatoarele de curentse folosesc pentru etinderea domeniului de msur

al ampermetrelor, Rattmetrelor, contoarelor de energie, etc. #le sunt formate dintr-un mie

feromagnetic pe care sunt dispuse dou nfurri: una cu spire puine, de seciune mare,

conectat n serie cu circuitul al crui curent se msoar (uneori c%iar conductorul

circuitului 6oaca rolul acestei nfurri), repreentnd nfurarea primara, cealalt cu

spire multe, de seciune mic conectat n serie cu aparatul de msurat, repreentnd

nfurarea secundar (fig.&*.a).

=eoarece impedana aparatelor conectate n secundar este, n general, foarte mic,

transformatorul de curent funcionea ntr-un regim apropiat de cel de scurtcircuit. =in

acest motiv funcionarea n gol ar induce n secundar o t.e.m. foarte mare care ar putea

distruge iolaia nfurrii secundare.

8


13/15


a "'ig. &*. Transformatoare de msur

Transformatorul de curent este caracteriat de un raport nominal de transformare:

:0

:&i:

4

4> =

surnd curentul din secundar, 40se poate determina o valoare S&4 a curentului din

circuitul primar:

0mS& 4>4 =

care, n general, difer de valoarea curentului real 4&.

#roarea de msur a valorii curentuluiI"introdus de transformatorul de curent este:

[ ] &,,>

>>&,,

4

44+

i

ii:

&

&S&

i

=

=

unde s-a notat cu0

&i4

4> = raportul real de transformare.

5n afara acestei erori privind coeficientul de transformare, transformatorul de curent

introduce si o eroare de ung%i , repreentnd defaa6ul dintre faorul 4&si faorul &4 .

?ceasta eroare influenea preciia msurtorii unor aparate ca: Rattmetre,

contoare, unele traductoare etc.

=eoarece eroarea de mrime i creste odat cu creterea impedanei sarcinii, pentru

fiecare transformator de curent se indic o anumit putere aparent nominal, repreentnd

puterea maim de sarcin pentru care transformatorul respecta clasa de preciie pentru

care a fost construit: ,0! ,! &! ! ! &! cifrele repreentnd eroarea de msur.

Transformatoarele de curent msoar cureni de (-&)?, curentul secundar

nominal standardiat fiind ?.

Transformatoarele de tensiune(fig. &*.") se folosesc pentru creterea domeniului de

msur al voltmetrelor, Rattmetrelor, contoarelor etc.

=in punct de vedere constructiv el este similar unui transformator monofaat de mic

putere, n secundarul cruia se conectea un aparat de msur cu o impedan foarte mare.

;


14/15


Ca urmare, curentul secundar fiind foarte redus, se poate aprecia ca transformatorul de

tensiune lucrea n gol.

Transformatorul de tensiune este caracteriat de un raport nominal de transformare:

:0

:&u:/

/> =

3entru o anumit valoare a tensiunii msurate n secundar /0se o"ine o valoare a

tensiunii primare: 0u:S& />/ = care difer de valoarea reala /&prin eroarea de msur a

transformatorului:

[ ] &,,>

>>&,,

/

//+

u

uu:

&

&S&

u

=

=

unde s-a notat cu0

&u//> = raportul real de transformare.

3entru micorarea erorilor se urmrete micorarea pierderilor din nfurri prin

utiliarea unor densiti de curent reduse, si micorarea dispersiilor prin aearea relativ a

nfurrilor precum si utiliarea de tole de calitate superioar n vederea reducerii

curentului de magnetiare si a pierderilor n fier.

3e plcuta transformatorului se nscrie puterea nominala a acestuia, repreentnd

puterea aparent maim la care poate fi ncrcat transformatorul de tensiune fr ca

erorile sale s depeasc limitele claselor de preciie. ?cestea pot fi: ,0! ,! &! ! cifrele

referindu-se la eroarea de msur.

Tensiunea secundar nominal a acestor transformatoare este standardiat la &9.

,. Transformatoarele de sudur!

Transformatoarele de sudur sunt destinate sudrii electrice cu arc sau contact.

?ceste transformatoare tre"uie s ai" o tensiune 6oas de funcionare n gol, (F-1)9,

suficient pentru aprinderea arcului electric, iar caracteristica etern /0Q f(40) tre"uie s

fie co"ortoare (fig. &). ?stfel de caracteristici sunt necesare pentru ca intensitatea

curentului s nu se modifice mult la variaii ale lungimii arcului electric se sudur, iar

tensiunea arcului, care varia n funcie de lungimea arcului i de intensitatea curentului

de sudare, s fie de ordinul 0-*9.

*


15/15


'ig. &. Caracteristica etern a transformatorului de sudur

Caracteristica etern mult descresctoare se o"ine cu a6utorul unui unt magnetic,

care mrete reactana de scpri magnetice (fig. &F), sau intercalnd n serie cu arcul

electric de sudare o "o"in de reactan, care determin o cdere mai mare de tensiune la

creterea curentului de sudare.

7eglarea regimului de sudare se face variind poiia untului magnetic saumodificnd ntrefierul "o"inei de reactan (fig. &1).

'ig. &F. 7eglarea curentului cu "o"in cu sunt magnetic

'ig. &1. 7eglarea curentului cu "o"in cu mie de fier

'actorul de putere al transformatorului, n timpul sudrii cu arc este relativ mic (,*

,F), fiind inductiv.

Transformatoarele de sudur prin contact electric lucrea practic n scurtcircuit. #le

sunt calculate s asigure cureni foarte mari, pn la eci de >? n secundar. odificarea

acestui curent se face fie cu o "o"in prevut cu mie feromagnetic cu ntrefier, fie prin

modificarea numrului de spire din nfurarea primar.

*&

EEc_Curs 7-8_Trafo

Documents

Transcript of EEc_Curs 7-8_Trafo