Masini Electrice 1 Curs 3

8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 3

1/36

2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 3 1

MAŞINI ELECTRICE Curs 3: Transformatorul electric

Prof.dr.ing. Claudia MARŢIŞDepartamentul de Maşini şi Acṭionări Electrice

Facultatea de Inginerie Electrică

1. Consideraţii generale asupra funcţionării transformatorului

2. Elemente constructive

3. Ecuatii si scheme echivalente


2/36


3/36


Consideraţii generale asuprafuncţionării transformatorului

N2 N1

2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Timp [s]

T e n s i u n e p r i m a r [ V

]

u1

2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4-15

-10

-5

0

5

10

15

Timp [s]

C u r e n t p r i m a r [ A ]

i1

2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5 x 10

-3

Timp [s]

F l u x u t i l [ W b ]

Φu

Φσ1

2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Timp [s]

T e n s i u n e s e c u n d a r a [ V ]

-u2

i2=0

111 22

f U u sin 222

22

f U u sin


4/36


Elemente constructive

Miezmagnetic

Borne deacces

Bobinaj

Suportbobinaj

Sistem defixare


5/36


6/36


Miezuri prevăzute cu canale pentru răcire

Secţiunea transversală a miezului depinde de puterea transformatorului

Dreptunghiulară În cruce În trepte

Strângere cu buloanepentru puteri mari

Strângere cu pene laputeri mici şi medii


7/36


Coloanele miezului

magnetic, înainte deinserţia bobinajului

Coloanele miezului, cubobinajul în lucru


8/36


BOBINAJ - înfăşurări

Este realizat din conductoare din aluminiu sau cupru cu secţiune circulară saudreptunghiulară (profilate):

Conductor rotund

pentru diametre sub 3-3.5 mm

Cele din Al nu se utilizeaza la diametre sub 1mm

Conductor profilat

La cai de curent de sectiuni mari se utilizeaza mai multe conductoare inparalel.

Moduri de aranjare aconductoarelor in

paralel


9/36


Ȋnfǎşurǎrile sunt formate din una sau mai multe bobine. La rȃndul lor, bobinele suntformate din spire, izolate una faţǎ de alta.

Bobineconcentrice

Bobinealternate


10/36


Cilindrice TIPURI CONSTRUCTIVE DE INFASURARI

Spiralate


11/36


Continue in galeti

Sectionate in galeti

Aşezarea galeţilor cu canal

dupǎ fiecare galet

Aşezarea galeţilor cu

canal dupǎ 2 galeţi

Cu galeţibobinaţi ȋn

acelaşi sens

Cu galeţi dubli, bobinaţi ȋn sensuri diferite


12/36


Poziţionarea înăşurărilor pe miez

Izolaţia joacă un rol important în funcţionarea şi

performanţele unuitransformator.


13/36


ELEMENTE MECANICE ŞIDE RĂCIRE

Cuva, cu sistemul de răcire

Izolatori de trecere


14/36



15/36


TIPURI DETRANSFORMATOARE

După destinaţie:

Transformatoare de putereAutotransformatoare

Transformatoare de măsură

Transformatoare cu destinaţie specială

După felul mărimii transformate:

Transformatoare de tensiune

Transformatoare de curent

După sensul transformării:

U1>U2 - transformator coborâtor de tensiune

U1


16/36


Regimul nominal de funcţionare: regimul pentru care este proiectattransformatorul şi în care nu se depăşesc limitele admisibile de

încălzire ale elementelor sale, în condiţii normale de lucru.

MĂRIMI NOMINALE

Puterea nominală, puterea aparentă la bornele înfăşurării secundare, SN [VA]

Tensiunea nominală de linie primară, respectiv secundară, U1N /U2N Curentul nominal de linie primar, respectiv secundar, I1N /I2N

Frecvenţa nominală, f [Hz]

Numărul de faze, m (pentru transformatoarele polifazate)

Tensiunea nominala de scurtcircuit

N 1

N 2

N 2

N 1

I

I

U

U k Raport de transformare:


17/36


TRANSFORMATOAREMONOFAZATE DE TENSIUNE


18/36


2211 i N i N

Solenaţia rezultantă:

Fluxul fascicular util:

21 u u u

N2 N1

u1

i1 Φu

Φσ1 u2 Z

i2

Φσ2

Ecuaţiile tensiunilor transformatorului monofazat

Se considera un transformator monofazat cu o sarcina Z in secundar.

*Se considera asocierea sensurilor pozitive pentru tensiuni si curenticorespunzator regimului de receptor in primar si de generator in secundar .


19/36


22221111 i LN i LN u u

Fluxul magnetic ce înlănţuie fiecare din cele două înfăşurări:

22

222211

1111 e e u dt

di Li R u u

dt

di Li R u

Legea inductiei electromagnetice pentru cele două înfăşurări:

Ecuaţiile tensiunilor transformatorului monofazat

Ecuaţiile de tensiuni, în valori instantanee:

dt

d

u i R dt

d

u i R

2

222

1

111

Pentru o sarcina de tip R, L, C, tensiunea pe secundar se poate scrie:

dt i C

1

dt

di LRi u 2

2 2 2


20/36


Reactanţa primară/secundară: i ui i X X X

utilă de scăpări

R 1 , R 2 : rezistenţele înfăşurărilor primară, respectiv secundară

ui ui LX i i LX

2 ,1 i

Reactanţa mutuală: 21 21 12 12 LX LX

Parametrii infasurarilor


21/36


Φu

Φσ1

Φσ2

i2=0

u2

N2

i1

u1

N1

11i N

Solenaţia rezultantă:

Fluxul util:

m 1 1

m

1 1

1 u u i N

i N

Reluctanţa circuituluimagnetic echivalent

Permeanţa circuituluimagnetic echivalent

m 1 2

1

12

2

1

12

12 12

m

2

1

1

1 u

1

1

1 u

1 u 1 u

N N i

N i

LX

N i

N i

LX

În mod analog se vorcalcula reactanţelecorespunzătoare

înfăşurării secundare.

m

m

1

Parametrii infasurarii primare


22/36


1 21 2 2 u 2 2 2

2 12 1 1 u 1 1 1

I jX I jX jX R U

I jX I jX jX R U

2 e 2 2 2 2

1 e 1 1 1 1

U I jX R U

U I jX R U

Schema echivalenta a unui transformator monofazat

R2 Xσ2 R1 Xσ1

U1 -U2 Ue1 Ue2

I1 I2

Xu1 Xu2

X12=X21


23/36


24/36


R2’ Xσ2’ R1 Xσ1

U1 -U2’ Ue1

Ue2’

I1 I2’

Xm

I0

;';';'

;';'

2

2

2

1

22

2

2

1

22

2

2

1

2

21

2

222

1

2

R N

N R X

N

N X X

N

N X

I N

N

I U N

N

U

u u


25/36


În complex:

2 1 0

2 1 m 2 e 1 e

2 1 m 2 2 2 2

2 1 m 1 1 1 1

' I I I

' I I jX ' U U

' I I jX ' I ' jX ' R ' U

' I I jX I jX R U

X m = X u1 - reactanță de magnetizare

I 0 – curent de magnetizare


26/36


t1

t1

Curent

T i m p

Regimul deformant altranformatorului, luând în

considerare curba de magnetizarea tolelor

Timp

F l u x m a g n

e t i c

Fluxul magneticCurba demagnetizare

Curent

Flux

Solenaţia primară(Curentul)

t2

t2

111 22

f U u sin

2 f 2 sin 2 1 max u


27/36


Timp

F l u x m a g n e t i c

Fluxul magnetic

Curent

T i m

p

t0

t0

Curba demagnetizare

Curent

Flux

t1

t1

t2

t2

t3

t3

t4

t4Solenaţia primară

(Curentul)

Regimul deformant altranformatorului, luând înconsiderare curba de magnetizare

a tolelor şi fenomenul dehisterezis


28/36


29/36



U1 -U2’ Ue1 Ue2’

I1 I2’

Rm Xm

I0

Diagrama fazorială

-Ue1= -Ue2

U1

U’2

Φu I0

R1I1

jXσ1 I1

I1

I’2

jXσ2 I2

R’2I’2

I’2

R m – rezistenţă ce modelează pierderile în miez

I0a I0r

I0a – componenta activa a curentuluide magnetizare

I0r – componenta reactiva a curentuluide magnetizare


30/36


Funcţionarea la mers în gol: se alimentează înfăşurarea primară cutensiune sinusoidală, în timp ce bornele înfăşurării secundare se lasă în gol(i2=0).

R1 Xσ1

U10 U’20

I10

Rm Xm

%5.55.2[%]1001

100

N I

I i Curentul de mers în gol (înscris pe plăcuţa

însoţitoare)


31/36


Funcţionarea în sarcină: se alimentează înfăşurarea primară cutensiune sinusoidală, în timp ce la bornele înfăşurării secundare seconectează o sarcină (i2 diferit de 0).

dt i C

1

dt

di LRi u

e dt

di Li R u

e

dt

di Li R u

2

2

2 2

2

2

2 2 2 2

1

1

1 1 1 1

R’2 X’σ2 R1 Xσ1

U1

U’2

I1 I’2

Z’ Rm Xm

În complex, în mărimi raportate:

22

2112222

2111111

''1

'''

'''''

'

I X j

jX R U

I I jX I jX R U

I I jX I jX R U

C L

u

u


32/36


Funcţionarea în regim de scurtcircuit: este un regim limită, ideal,caracterizat prin flux util nul în miezul transformatorului. Practic,bornele secundare se aduc la acelaşi potenţial.


U1

U2’=0

I1sc=I2sc’

În practică, se procedează la alimentarea înfăşurării primare cu valoriale tensiunii primare mai mici decât tensiunea nominală, pentru aevita solicitări exagerate, termică şi la forţe electrodinamice a înfăşurărilor .


33/36


Scurtcircuit de probă: se alimentează înfăşurarea primară cu ovaloare a tensiunii primare (U1scN) pentru care curentul din primaratinge valoarea sa nominală.

I1N

RscI1N

jXscI1NU1N

%154[%]1001

1

N

scN rscN

U

U u

Tensiune de scurtcircuit nominală relativă (înscrisă pe plăcuţa însoţitoare)

Cele două regimuri limită, de mers în gol şi scurtcircuit de probă, potfi utilizate pentru determinarea parametrilor schemei echivalente şi

pierderilor transformatorului (vezi lucrarea de laborator).


34/36


Randamentul transformatorului electric: raportul dintre modulul puteriiactive din impedanţa de sarcină şi modulul puterii active absorbite deprimar.

Φu

U1

I1

U2

I2

φ1

φ2

111

222

1

2

cos

cos

I U

I U

P

P

Bilanţul puterilor:

2121 J J Fe p p p P P

Pierderi înmiez

Pierderi în înfăşurări

1 1 cos S P


35/36


Caracteristici la funcţionarea transformatorului în sarcină : raportuldintre modulul puterii active din impedanţa de sarcină şi modululputerii active absorbite de primar.

Caracteristica externă Caracteristica randamentului

N I

I

1

1

Factor de încărcare


36/36

2015 2016 M i i l t i 1 C 3 36

Semne convenţionale,marcarea bornelor

A

X

a

x

A

X

a

x

Transformator

monofazat cu miez defier

Transformator

monofazat fără miezde fier

Transformator

monofazat de putere

Masini Electrice 1 Curs 3

Documents

Transcript of Masini Electrice 1 Curs 3