TRANSFORMATORY. Transformator jednofazowy. Zasada działania. Dla. mamy. Czyli. U 1 = E 1, a U 2 = E 2. Ponieważ S. , mamy: gdzie: z 1 E 1 E 2 I 1

Transkrypt

1 TRANSFORMATORY Transformator jednofaowy Zasada diałania E E Z od Rys Transformator jednofaowy Dla mamy Cyli e ω ( t) m sinωt cosωt ω π sin ωt + m m π E ω m f m 4, 44 f m E 4, 44 f E m 4, 44 f m E, a E S S E E ϑ Ponieważ S ora S, mamy: ϑ gdie: ϑ - prekładnia transformatora

2 Budowa transformatora a) b) Rys Rodaje transformatorów: a) transformator rdeniowy, b) transformator płascowy a) b) Rys3 wojenia: a) cylindrycne, b) krążkowe; - uwojenie górnego napięcia, - uwojenie dolnego napięcia Na tablicce namionowej transformatora podaje się: prekładnię ϑ, jako stosunek napięcia górnego do dolnego, prądy namionowe n ora n, 3 namionową moc poorną S n, 4 napięcie warcia u %

3 Stan jałowy transformatora Stan jałowy występuje pry wyłąconych odbiornikach Wtedy prąd w uwojeniu wtórnym równy jest eru ( 0) E, E 0 µ + Fe Składowa bierna µ jest wiąana wytwaranym w rdeniu strumieniem magnetycnym, a składowa cynna Fe pobieraną w stanie jałowym mocą cynną Moc ta używana jest głównie na pokrycie strat w rdeniu ferromagnetycnym, spowodowanych histereą i prądami wirowymi Straty mocy w uwojeniach (tw straty w miedi P Cu ) są w stanie jałowym pomijalnie małe uwagi na małą wartość prądu jałowego Straty mocy w żelaie P Fe są natomiast nieależne od obciążenia i praktycnie są takie same w stanie jałowym, jak i pry obciążeniu transformatora Prawie cała moc P 0 pobierana pre transformator w stanie jałowym używana jest na pokrycie strat w żelaie, atem P0 P Fe Moc ta dieli się na straty na histereę i straty na prądy wirowe Fe H W f Bm k f Bm P P + P k +, gdie: f - cęstotliwość, B m - wartość maksymalna indukcji magnetycnej, k, k - stałe współcynniki E E 0 Fe ϕ 0 µ Rys4 Wykres wektorowy stanu jałowego transformatora

4 Stan obciążenia transformatora r E E Z od r Rys5 Stan obciążenia transformatora ora R R R R, L jx r ora L jx r, E + R + jx r E ( R + jx ) r Recywisty model obwodowy transformatora można predstawić a pomocą schematu astępcego X r R A B R X r 0 Fe µ E E R Fe Z od C D Rys6 Schemat astępcy transformatora w stanie obciążenia

5 Sprowadając parametry obwodu wtórnego na stronę pierwotną mamy: E ϑ E E ϑ, ϑ R R R ϑ R ϑ, gdie: R Rϑ L jx r, X r X r ϑ X r R ' R' X' r 0 Fe µ E E' X µ R Fe ' Z' od Rys7 Schemat astępcy transformatora wielkościami obwodu wtórnego sprowadonymi na stronę pierwotną: R Fe - reystancja strat w żelaie, P Fe Fe strumieniem głównym, w której indukuje się siła elektromotorycna E E R Fe ; X µ - reaktancja wiąana e

6 E E' jx r R jx' r ' R' ' ' ' Rys 8 Wykres wektorowy transformatora dla obciążenia reystancyjno - indukcyjnego ϕ ϕ 0 µ Fe Sprowadenie parametrów obwodu wtórnego na stronę pierwotną bardo uprasca sporądenie wykresu wektorowego transformatora Na rys8 predstawiono taki wykres dla najcęściej występującego obciążenia o charaktere reystancyjno-indukcyjnym (Trójkąty spadków napięć po stronie pierwotnej i wtórnej e wględu na cytelność wykresu są narysowane presadnie duże W recywistym układie transformatora są nieporównywalnie mniejse) Wykres wektorowy rysuje się ropocynając od wektorów i presuniętych wględem siebie o kąt ϕ, ależny od rodaju obciążenia Następnie należy dodać do wektora wektory spadków napięć R ora jx r Obydwa te spadki E E Z napięć tworą trójkąt spadków napięć strony wtórnej W ten sposób wynaca się kolei prostopadle do E E, kątem opóźnienia π/, kreśli się wektor Równolegle do rysuje się prąd µ, prostopadle Fe Prąd 0 jest sumą µ ora Fe Wektor prądu najduje się jako sumę 0 i Tera do E należy dodać spadki napięć R ora j Xr (które tworą trójkąt spadków napięć strony pierwotnej), aby wynacyć wektor Na wykresie tym nie achowano również właściwych proporcji, jeśli chodi o moduły wektorów prądów W recywistości 0 0% Ze schematu astępcego (rys7) wynika, że 0 Każda miana prądu wywołana mianą obciążenia transformatora pociąga a sobą proporcjonalną mianę prądu pry niemienionej wartości prądu 0 Pry dużym obciążeniu transformatora prąd jałowy jest pomijalnie mały w stosunku do prądów i, można więc pryjąć, że Dięki stałości prądu 0 wartość strumienia magnetycnego jest stała i praktycnie nieależna od obciążenia

7 Charakterystyki ewnętrne transformatora Pry asilaniu transformatora napięciem o stałej wartości skutecnej const wskutek występowania omówionych spadków napięć mienia się napięcie wtórne w ależności arówno od wartości prądu obciążenia, jak i charakteru obciążenia, określonego współcynnikiem mocy cosϕ Jak łatwo auważyć na wykresie (rys8), dla obciążenia reystancyjno-indukcyjnego występuje spadek napięcia wtórnego Można udowodnić, że analogicne ależności występują dla obciążenia reystancyjnego, natomiast pry obciążeniu reystancyjno-pojemnościowym (a także pojemnościowym) występuje wrost napięcia wtórnego Zależności te predstawiają (rys9) charakterystyki ewnętrne transformatora f ) pry cosϕ const, a także const i f const Pry obciążeniu ( namionowym (prąd n ) spadek lub wrost napięcia jest rędu kilku procent wartości namionowej n cosϕ 0,8 poj E cosϕ cosϕ 0,8 ind 0 n Rys 9 Charakterystyki ewnętrne transformatora

8 Stan warcia transformatora Stan warcia transformatora występuje wtedy, gdy jedno uwojeń asilane jest e źródła energii, a aciski drugiego są bepośrednio warte Odpowiada to wartości Z od 0 (rys5) Jeżeli uwojenie pierwotne jest równoceśnie asilane napięciem o wartości namionowej, to takie warcie jest warciem awaryjnym W obu uwojeniach popłyną wtedy n duże prądy warciowe i wielokrotnie prekracające wartości namionowe n i n Zwarcie awaryjne jest niebepiecne dla transformatora, gdyż duża ilość ciepła - proporcjonalna do kwadratu prądu, wydielana w uwojeniach może spowodować jego niscenie (spalenie) Do celów pomiarowych stan warcia realiuje się obniżając nacnie wartość napięcia pryłożonego do uwojenia asilanego, tak aby prądy w obu uwojeniach nie prekracały wartości namionowych Dokonuje się wtedy pomiaru ważnego parametru transformatora, jakim jest napięcie warcia Napięciem warcia transformatora naywa się napięcie, które należy doprowadić do jednego uwojeń pry warciu uwojenia drugiego, aby w uwojeniu asilanym płynął prąd namionowy Napięcie warcia jest wyrażane wykle w procentach napięcia namionowego u % 00% n Napięcie warcia można określać dla każdej e stron transformatora, pry cym procentowe wartości napięcia warcia są dla obu stron jednakowe Napięcie warcia jest jednym charakterystycnych parametrów transformatora, podawanym w katalogach i na tablickach namionowych transformatorów Od jego wartości ależy wartość prądu pry warciu, spadek napięcia pry obciążeniu transformatora, jak również prydatność do pracy równoległej innymi transformatorami Napięcie warcia wynosi od kilku do kilkunastu procent napięcia namionowego Pry warciu awaryjnym prąd warcia jest tyle ray więksy od prądu namionowego transformatora, ile ray napięcie namionowe jest więkse od napięcia warcia Prykładowo, dla uwojenia pierwotnego n n 00 n u %

9 Pomiar mocy cynnej pobieranej pre transformator w stanie warcia powala na wynacenie strat w uwojeniach transformatora, naywanych stratami w miedi P Cu Ponieważ napięcie jest wtedy nacnie obniżone, więc strumień, a atem i indukcja w żelaie rdenia są niewielkie Zatem straty P Fe proporcjonalne do kwadratu indukcji są pomijalnie małe Cała moc P pobierana pre transformator w stanie warcia używana jest więc na pokrycie strat P Cu ( ) Cun Cu + PCu R n + R n R + R n P P P Podana ależność, uwględniająca namionowe wartości prądów n i n, dotycy namionowej wartości strat w uwojeniach P Cun, co ma miejsce pry asilaniu transformatora napięciem warcia Pry asilaniu napięciem niżsym popłyną mniejse prądy i wartość strat P Cu będie odpowiednio mniejsa Straty w uwojeniach transformatora są ależne od obciążenia Sprawność transformatora η P P cyli stosunek mocy cynnej pobieranej uwojenia wtórnego do mocy cynnej dostarconej do uwojenia pierwotnego wględniając straty w żelaie P Fe i straty w miedi P Cu otrymuje się: P η P + P Fe + P Cu Z uwagi na niewystępowanie w transformatorach strat mechanicnych ora strat wbudenia ich sprawność jest bardo wysoka Zawiera się w granicach od 0,9 dla transformatorów małej mocy, do 0,99 dla transformatorów o mocy S n 00 MV A Powala to na stosowanie w układach elektroenergetycnych wielokrotnej transformacji Aby transformator miał maksymalną sprawność pry średnim obciążeniu, należy odpowiednio dobrać stosunek P Fe / P Cu Warunek ten jest spełniony, jeżeli pry średniej wartości prądu obciążenia P Fe P Cu

10 Autotransformator W prypadkach gdy prekładnia transformatora mało różni się od, a nie achodi potreba odiolowania od siebie uwojeń pierwotnego i wtórnego, ekonomicne jest astosowanie autotransformatora Autotransformator jest to taki transformator, w którym uwojenie dolnego napięcia stanowi cęść uwojenia górnego napięcia Autotransformator ma tylko jedno uwojenie, którego są wyprowadone na ewnątr try aciski: dwa końców uwojenia, a treci dobranego odpowiednio do żądanego napięcia punktu e środka uwojenia a) A C b) C A B B Rys4 Autotransformator: a) obniżający napięcie ( < ), b) podwyżsający napięcie ( > ) Autotransformator może służyć arówno do podwyżsania, jak i obniżania napięcia, w ależności od tego, do których acisków jest doprowadone napięcie asilające W układie na rys 4a napięcie doprowadane jest do acisków AB połąconych końcami uwojenia, a odbiornik pryłącony do acisków CB Jeżeli licba wojów międy aciskami AB wynosi, a międy aciskami CB -, to podobnie jak w transformatore dwuuwojeniowym Oscędność w budowie autotransformatorów polega na tym, że występuje tu tylko jedno uwojenie, a ponadto pre cęść tego uwojenia płynie tylko różnica prądów pierwotnego i wtórnego, więc może ono być wykonane prewodu o mniejsym prekroju W układie rys 4a dopływający sieci prąd prepływa pre cęść uwojenia o licbie wojów ( - ), a pre cęść o licbie wojów prepływa prąd ( - ) Ponadto wymiary rdenia są mniejse niż w transformatore dwuuwojeniowym o tej samej mocy namionowej W laboratoriach powsechnie używa się specjalnego typu autotransformatora, w którym, wykonany jako ruchomy, punkt C śliga się po uwojeniu pobawionym w tym celu iolacji na pewnej niebędnej powierchni Powala to na uyskiwanie płynnie regulowanego napięcia na wyjściu autotransformatora Autotransformatory wykonuje się również jako trójfaowe

11 Prekładniki transformatory pomiarowe Zastosowanie: obwody wysokich napięć do pomiarów pośrednich obwody niskich napięć pomiar dużych prądów premiennych Rys 5 kład pomiarowy prądu, napięcia i mocy astosowaniem prekładników Rodaje prekładników: prądowe (warunki pracy bliżone do warcia pomiarowego transformatora mocy) napięciowe (warunki pracy bliżone do warunków pracy transformatora mocy) Badanie prekładników w ramach laboratorium