Transformator jednofazowy. Jednofazowy transformator rdzeniowy. Jednofazowy transformator płaszczowy

Transkrypt

1 Trnsfortor jednofowy Jednofowy trnsfortor rdeniowy Jednofowy trnsfortor płscowy

2 Blchy trnsfortor jednofowego ukłdne n kłdkę Połącenie jr koluną n styk Prekrój koluny rdeni trnsfortor Mocownie pkietu blch poocą śruby

3

4 Prebieg struieni w iejscu pltni rdeni Wrtości stępcej sceliny w funkcji indukcji dl blchy wlcownej n ino o grubości 0,5 pry pltniu pojedyncyi blchi () i dl blchy wlcownej n gorąco () 4

5 Złożenie: sint Wrtość chwilową siły elektrootorycnej indukownej w uwojeniu skłdjącego się wojów ożn oblicyć leżności: e d dt d dt Po obliceniu pochodnej: e cos t Wrtość ksyln: E E Wrtość skutecn: 4. 44f W prypdku trnsfortor jednofowego siły elektrootorycne indukowne pre cęść wspólną struieni: E f E f 5

6 Po struienie wspólny kżde uwojeń wytwr struień roproseni, który nie cęści wspólnej poiędy uwojenii. Ze struień roproseni wiąn wrtość rektncji roproseni poscególnych uwojeń. Pierwse uwojenie silone jest npięcie. Równnie dl tego obwodu postć: R jx E wojenie strony wtórnej oże być obciążone ipedncją, n której y npięcie. Równnie dl tego obwodu pryjuje postć: E R jx gdie: R - reystncj uwojeni pierwotnego X - rektncj roproseni uwojeni pierwotnego gdie: R - reystncj uwojeni wtórnego X - rektncj roproseni uwojeni wtórnego prąd strony pierwotnej prąd strony wtórnej npięcie n ciskch strony wtórnej 6

7 7 Wrtości se po obu stronch trnsfortor są do siebie proporcjonlne i różnią się jedynie licbą wojów, stąd równnie strony wtórnej ożey ponożyć pre prekłdni e wojową definiowną jko: otryy: jx R E jx R E podstwijąc we wore nowe ienne strony wtórnej (sprowdone n stronę pierwotną) otryy: X j R E pry cy: E E otryy koplet równń opisujących prcę trnsfortor w stnch ustlonych: E jx R X j R E Pryjując, że: j X E uyskujey schet stępcy trnsfortor w postci:

8 Wrtość reystncji R FE dodno tu dl uożliwieni uwględnienie strt n histereę i prądy wirowe w rdeniu trnsfortor 8

9 Równni trnsfortor ożn tkże pisć dl dowolnego stnu prcy w postci równń różnickowych wynikjących łożeni liniowości obwodu gnetycnego: gdie: d u Ri dt d u Ri dt Li Mi Li Mi L L s L s s L L L L s L L s s L Pry cy: L indukcyjność włsn uwojeni pierwotnego L indukcyjność włsn uwojeni wtórnego L s indukcyjność wiąn e struienie roproseni uwojeni pierwotnego L s indukcyjność wiąn e struienie roproseni uwojeni wtórnego L indukcyjność uwojeni pierwotnego wiąn e struienie główny (wspólny) L indukcyjność uwojeni wtórnego wiąn e struienie główny (wspólny) Jeśli ponożyy równni wirnik pre wrtość prekłdni wojowej otryy: d u Ri dt 9

10 Oncy: L u u i i R R L L L s L L s Równni struieniowo - prądowe pryjują postć: Li Mi M L L i L i L Koplet równń trnsfortor dl wielkości sprowdonych do strony pierwotnej pry łożenich liniowości odelu pryjuje postć: d u Ri dt L i L i u R i d dt L L i i 0

11 Po podstwieniu równń struieniowo prądowych do równń npięciowych otryy: di di u Ri ( Ls L ) L dt dt di di u R i ( Ls L ) L dt dt di d( i i ) u Ri Ls L dt dt di d( i i ) u R i Ls L dt dt i i i Podstwijąc: L L Otryy postć równń n podstwie której ożey nrysowć schet stępcy: u u di Ri Ls L dt di R i Ls L dt di dt di R R L L i i dt u L u u

12 Pry silniu sinusoidlny, w stnie ustlony schet stępcy ożn predstwić w postci: R R X X R Fe Fe u X u Kstłt prądu gnesującego uwględnijący nieliniową leżność poiędy ntężenie pol i indukcją gnetycną ferrognetycnego rdeni trnsfortor

13 Skłd hronicny prądu gnesującego:... sin5 sin sin 5 t t t i f f f f f f...) ( i f f f f f f f Współcynnik scytu krywej prądu gnesującego wrtość: f

14 Strty w żelie: Strty ocy wywołne histereą: P k h h fb f cęstotliwość B - wrtość ksyln indukcji K h stł leżn od skłdu cheicnego i obróbki Dl blchy niotropowej (wlcown n ino): x B <.45T x=.45<b <.6T x=.5 B =.7T(nsycenie) x=.6 Wrtość strtności jk i indukcji nsyceni leży od kierunki gnesowni (niotropi!) indukcj nsyceni w leżności od kierunku gnesownie: Zino wlcown =.5.8T Gorąco wlcown =.4.6 Strty ocy wywołne prądi wirowyi: P k w W prktyce strty wync się n podstwie tw. strtności (strty ocy w jednostce sy), podwnej pry określonej cęstotliwości i indukcji (wykle 50H i T (lub.5t) - p.0 0.4W/kg - - p W/kg - dl blchy wlcownej n gorąco: - p.0 (4).0.8W/kg Typow grubość blch: P w 0.5P fe, P h 0.75P fe w f B 4

15 Technologi njnows: blchy orficne (sybkie studenie gorącego etlu n podłożu - uyskuje się brdo łe grubości blch pry indukcji nsyceni ok..t, od ru twory się wrstw iolcyjne (w postci tlenku) terił brdo drogi, o brdo łej strtności istotn wd terił brdo kruchy trudn obróbk. Blchy nnokrystlicne- brdo ł strtność. dił strt od prądów wirowych wykle jest rędu 40%-50% strt cłkowitych w żelie Współcynnik wypełnieni rdeni: k S fe S fe S k= blchy gorąco wlcowne k=0.98 blchy inowlcowne Wrtość średni npięci dl półokresu E śr T E T 0 sk edt T T e T 0 T 0 iol Esintdt E dt E Współcynnik kstłtu: sk k Eśr Wrtość recywist siły elektrootorycnej indukownej w uwojenich trnsfortor: E E 4 k f dl sinusoidy: k =. 5

16 P Oblicnie strt ocy w żelie: ż k p( pkk p jj k p współcynnik strt dodtkowych w żelie (...5- w leżności od sposobu pltni rdeni) p k, p j strtności odpowidjące indukcjo w jrch i w kolunch k, j sy kolun i jr Q Skłdow cynn prądu jłowego: oc P E ż P Oblicnie prądu gnesującego: kq( qkk q jj q j, q k pobór jednostkowy ocy biernej dl uyskni ksylnych indukcji ( chrkterystyk dl dnego teriłu) k q współcynnik doświdclny (..7) (leżny np. od indukcji ksylnej, niegodności kierunku gnesowni, nierównoiernego rokłdu indukcji, nieciągłości obwodu gnetycnego, nprężeń echnicnych itp.) Q E Q o ż ) ) 0c Oblicnie wrtości prądu gnesującego prw prepływu Wrtość ksyln: f H xlx Wrtość skutecn: x x f s s współcynnik scytu (dl sinusoidy s.4) Njwięksy wpływ n spdek npięci gnetycnego grubość sceliny powietrnej, stąd istnieje dążność do inilicji grubości sceliny powietrnej trnsfortor popre odpowiednie pltnie rdeni i jr trnsfortor. H l 6

17 Poińy spdek npięci gnetycnego w rdeniu, wówcs: f H 4.44f s f H B 0 S 0 c 4.44 fs s 0 i o 0 00% n % 7

18 Zwrcie poirowe trnsfortor: Poijjąc prąd gnesujący w csie stnu wrci otryy schet uproscony: Npięcie wrci: n( R R jx jx u ( R n jx R, X reystncj i rektncj wrci Wrtość skutecn npięci wrci: R X n Procentowe npięcie wrci: % 00% 5 5% n Cynne npięcie wrci: ) ) r cos Bierne npięcie wrci: r sin 8

19 Kąt wrciowy określony jest leżnością: tg X R pedncj nionow: Z fn n fn Wrtość wględn ipedncji wrciowej: Z Z fn r r Zn Zn fn n Wrtość wględn reystncji i rektncji wrciowej: r R u Z u r Rr xr ux r Zn Zn Strty obciążeniowe (strty w uwojenich): P kr Cu n k współcynnik strt dodtkowych (wynikjących e jwisk wiąnego nierównoierny rokłde prądu w prekroju prewodnik) Wobec łej wrtości prądu gnesującego, w prypdku trnsfortor obciążonego, cęsto stosuje się uproscony schet stępcy, w który uwględni się tylko pretry wrciowe (poij się prąd biegu jłowego): X 9

20 Trnsfortory trójfowe Rdeń trójfowy syetrycny 0

21 Trnsfortor trójfowy kolunowy

22 Trnsfortor trójfowy płscowy

23 Sposoby połąceń: Y- gwid + prewód erowy: pry sinusoidlny npięciu fowy prąd gnesujący wier hronicną be prewodu erowego struień jest odkstłcony, npięcie indukowne (fowe) wier hronicną odbiornik połącony n npięcie fowe odkstłcone npięcie p f p f D trójkąt hronicn prądu ogą płynąć, tłuiąc hronicne w struieniu, te prąd prewodowy i npięci są sinusoidlne, prąd hronicnej yk się wewnątr trójkąt! W dużych trnsfortorch ukłde połąceń Yy stosuje się wewnętrne dodtkowe uwojenie połącone w trójkąt (be wyprowdonych końcówek tylko w celu tłuieni-hronicnej w struieni p f p f ygk - uożliwi niesyetrycne obciążenie trnsfortor p f p f f cos 6.5 npięcie fowe, jkie wystąpiłoby, gdyby obydwie połówki uwojeni ygk stnowiły jedną fę o 5% więkse użycie iedi n budowę ygk!

24 Grupy połąceń trnsfortorów trójfowych Presunięcie godinowe kąt poiędy wektore npięci strony górnej i strony dolnej (licony godnie kierunkie ruchu wskówek egr licony w godinch h - 0 = /6 rd Yy, Dd 0,, 4, 6, 8, 0 Yd, Y,, 5, 7, 9, D 0,, 4, 6, 8, 0 Zleceni PN :0, 5, 6, Prekłdni npiciow trnsfortor - stosunek npięci górnego do npięci dolnego iędyprewodowego w stnie jłowy: g 0 d 0 Yy Dd Dy df gf gf Yd df D df gf Y df gf 4

25 Obciążenie trnsfortor: Strt npięci wektor będący różnicą wektorów npięć obciążonej strony wtórnej i strony pierwotnej: Spdek npięci różnic lgebricn poiędy wrtościi skutecnyi npięci strony wtórnej (sprowdonego do strony pierwotnej) i npięcie strony pierwotnej. Pry poinięciu głęi poprecnej schetu stępcego, dl dnego kąt presunięci poiędy npięcie prąde strony wtórnej cos, spdek npięci ożn wyrić leżnością: lub dokłdnego woru: R cos X sin ( X R cos cos R X sin ) sin Zienność npięci spdek npięci pry obciążeniu prąde nionowy n pry dny cos, pry nionowy npięciu pierwotny i nionowej cęstotliwości. Z uwgi n leżność spdku npięci od chrkteru obciążeni i wrtości prądu obciążeni w prktyce wynik potreb regulcji npięci. Njcęściej ieni się prekłdnię trnsfortor w stnie benpięciowy lub pod obciążenie w kresie 5% popre stosownie prełącnik cepów. Dl trnsfortorów dużych (blokowych i sieciowych) regulcj pod obciążenie - 0% 5

26 Kls iolcji (klsy ciepłoodporności) dopusclne pryrosty tepertury: Kls A - 60 Kls E Kls B Kls F Kls H Mksyln tepertur prcy: Kls A - 05 Kls B - 0 Kls F - 55 Kls H - 80 Kls N - 00 Kls R - 0 Kls S - 40 Kls C > 40 Wyposżenie trnsfortorów energetycnych: Do wyposżeni trnsfortorów energetycnych ożn licyć: - Konserwtor oleju ogrnicenie styku oleju powietre - rditory - wentyltory - chłodnice powietrne i wodne - rur wybuchow (>MVA) wór bepieceństw, który pobiegć ożliwości rosdeni kdi wskutek byt dużego ciśnieni wewnętrnego - prekźnik gowo poduchowy (prekźnik Buchholt 9r) - wskźniki tepertury i poiou oleju - prekłdniki prądowe i npięciowe - sfy sterownice - prepusty trnsfortorowe - wory - ukłdy poirowo dignostycne 6

27 Onceni końcówek trnsfortorów trójfowych: W prypdku wyprowdeni jednego ukłdu trójfowego:, V, W Pry dwóch (i więcej) uwojenich trójfowych:, V, W;, V, W; ;, V, W Rodje prcy trnsfortorów: - podwyżsjące npięcie (, blokowe- oc rędu setek MVA, pry wysoki npięciu wtórny do 400kV) - obniżjące npięcie (wykle dwustopniowo: np. 0/5 kv (sieciowe - oce rędu diesiątek i setek MVA); 5/0.4 kv rodielce kVA) - prekujące energię w kierunku leżny od prcy ukłdu energetycnego (np. spręgjące dołąceni sieci o różnych wrtościch wysokich npięć np. 0/400kV Prc równoległ trnsfortorów: ) pry sieci wtórnej nieobciążonej w uwojenich trnsfortorów nie płyną żdne prądy po prądi jłowyi w prądch pierwotnych Ze wroste prądu obciążeni ewnętrnego trnsfortory obciążją się równoiernie i osiągją swe prądy nionowe jednoceśnie ) Prądy trnsfortorów są e sobą w fie (prąd obciążeni jest równy suie lgebricnej prądów trnsfortorów lub incej : oc poorn wsystkich odbiorników równ się suie rytetycnej ocy poornych trnsfortorów) Wrunek ) - Równość prekłdni nierówność prekłdni pociąg sobą istnienie prądów wyrównwcych, ogrniconych tylko ipedncją trnsfortorów. Dopusc się odchyłkę prekłdni równą 0. procentowego npięci wrci, ty, że nie oże być więks niż 0.5%. - Tk s grup połąceń trnsfortorów - npięci iędy ciski jednoiiennyi powinny być e sobą w fie - wrtości chwilowe odpowiednich npięć iędyciskowych usą być w kżdej chwili sobie równe. 7

28 Wrunek ) Zgodność f prądów: pokrywją się trójkąty wrci, w prktyce spełnione jedynie dl niencnych różnic ocy nionowych trnsfortorów. Stosunek ocy nionowych nie oże prekrcć : Wrunek ) Równoierne obciążnie się trnsfortorów: () Biorąc pod uwgę, że: Z () () n () () n () () n... Dl uprosconego schetu stępcego: () u () Z ( i) % Otryy dl wrtości bewględnych: () () n u () () () n u () () ( i) n Z n ( i) () () () n Z u () () Wrunek ) będie te spełniony, gdy npięci wrci trnsfortorów prenconych do prcy równoległej będą jednkowe. Prepisy polskie dopuscją odchyłkę 0% npięci wrci 8

29 Niesyetri obciążeni: Metod skłdowych syetrycnych: Skłdow godn: V W Skłdow preciwn: V W 9

30 () () (0) e e A B C j / j4 gdie: A B C / j j 0 Dl Skłdowej godnej i preciwnej schet stępcy trnsfortor jest identycny wykle pryjuje się schet uproscony ( poinięcie X i R Fe ) Skłdow erow oże płynąć jedynie wówcs, gdy w ukłdie połąceń wyprowdono prewód erowy. Zchownie się trnsfortor dl tej skłdowej leżne jest od ukłdu połąceń or od budowy rdeni trnsfortor. W ukłdch połąceń wyprowdony punkte erowy po stronie wtórnej (Yy 0, Y 0 ) prądy skłdowej erowej płyną jedynie po stronie wtórnej, pry cy prądy tej skłdowej wytwrją w rdeniu struienie skłdowej erowej, które ykją się w trnsfortorch -kolunowych pre powietre (or kdź i eleenty konstrukcyjne więksjąc strty trnsfortor), ntoist w trnsfortorch 5-kolunowych pre koluny skrjne Dl ukłdów połąconych po stronie pierwotnej w trójkąt (Dy 0 ) struienie skłdowej erowej wytwrją w trójkącie s.e., które powodują prepływ prądu wewnątr trójkąt, wytłuijąc w ten sposób struień tej skłdowej, stąd dje to ożliwości prcy tkiego ukłdu dl obciążeń niesyetrycnych. Dodtkowo ukłd uożliwi prcę pry jednej uskodonej fie (otwrty trójkąt). W dużych trnsfortorch Yy 0 dodtkowo nwij się uwojenie połącone w trójkąt be wyprowdni jego końcówek n ewnątr jedynie po to, by wytłuić skłdową erową struieni. W połącenich strony wtórnej w ygk struienie skłdowej erowej nosą się, co uożliwi prcę w pełny kresie niesyetrycnego obciążeni () () (0) 0

31 Prykłd: Yy 0 obciążenie fowe: Stron wtórn prądy fowe są równe: = b=c=0 Skłdowe syetrycne dl strony wtórnej dl tego prypdku są równe: 0 0 (0) () () w w w w w w (0) () () w p () () w p () () 0 (0) p Prądy fowe strony pierwotnej: p p p A () () (0) p p p B ) ( () () (0) p p p C ) ( () () (0)

32 P j - strty jłowe Strty obciążeniowe: P Sprwność trnsfortor: P P j P obc P Pobc R cos cos cos P P j cos R j R cos Pry dny - sprwność leje e niejsnie się współcynnik ocy strony wtórnej Pry stły współcynniku ocy sprwność leży jedynie od. Wrtość ksyln sprwności występuje gdy: d d Sprwność energetycn: d 0 d Pj ( R cos cos R ) 0 Pj R 0 cos cos e P k j t i P i R P j k t i k P t i i P k i obc t P ( obc) i

33 Wybrne stny nieustlone trnsfortor: Złożeni: - plitud npięci n ciskch pierwotnych wrtość stłą nieleżnie od jwisk chodących w trnsfortore - wrcie występuje równoceśnie n wsystkich trech ciskch wtórnych (trójfowe wrcie syetrycne lub trnsfortor jednofowy) - Stn wrci udrowego nliujey jko włącenie trnsfortor pry wrtych ciskch wtórnych Dl schetu uprosconego: Npięcie siljące: Z u R R i jx d dt R jl Li u sin( t ) Rowiąnie tkiego równni jest su dwóch skłdowych (periodycnej i periodycnej): Skłdow periodycn: i Skłdow periodycn: Stł csow: p i Z i i p i sin( t ) ) e Z sin( T R Wypdkowy prąd wrci leży więc od oentu, w który nstąpiło wrcie. Gdy poiniey reystncję trnsfortor (bliskie prwdy dl dużych jednostek) to skłdow periodycn iłby prebieg nietłuiony: t T e L t T

34 Njwięks wrtość prądu udrowego: i Gdie jest wrtością skutecną prądu wrci w stnie ustlony. W trnsfortorch recywistych (R >0): i k k= dl łych trnsfortorów k= dl dużych trnsfortorów Tk duż wrtość prądu udrowego oże powodowć: - ndierne grnie się uwojeń - rorywnie uwojeń pod wpływe oddiływni sił dynicnych Prąd włąceni trnsfortor: (łącenie trnsfortor pry rowrtych uwojenich strony wtórnej) Podobnie jk pry wrciu równni stnu dynicnego pryjują postć: d R0i0 dt sin( t ) 0 0 u0 u0 W stnie jłowy wrtość indukcyjności L 0 nie jest stł i leży od stnu nsyceni syny, stąd dl potreb nliy równnie dyniki pisey dl struieni: W stnie jłowy: sin( t 0 ) R L 0 4 R L 0 0 d dt d dt 0 Dl uprosceni nliy ożey pryjąć, że L 0 w ty równniu jest stłe (ntoist pry wyncniu prądu wrtości struieni nlię wykony godnie krywą gnesowni rdeni) Podobnie jk pry wrciu otryy dwie skłdowe struieni (periodycną i periodycną):

35 Skłdow periodycn: 0 p p 0 sin( t 0) sin( 0) 0 0 Stł cłkowni ożn wyncyć wrunków pocątkowych uwględnienie struieni renentu gnetycnego Podobnie jk pry wrciu stn prejściowy leży od chwili włąceni trnsfortor do sieci. W njkorystniejsy prypdku od ru powstje struień sinusoidlny równ struieniowi w stnie jłowy (ustlony). W njgorsy prypdku struień oże osiągnąć wrtość: x u r Pond dwukrotny wrost struieni powoduje silne nsycenie rdeni i duży wrost prądu (nwet do 50 0 > n ) co oże prowdić do diłni bepieceń. e t T 0 Struień w rdeniu pry njbrdiej niekorystny włąceniu trnsfortor Prebieg prądu włąceni trnsfortor 5

36 Trnsfortory specjlne - trnsfortory trójuwojeniowe: dw różne npięci odbiorce ist dwóch jednostek dwuuwojeniowych istnieje ożliwość rodieleni pretrów wrciowych (reystncji i rektncji wrci ) popre wykonnie trech prób wrci (Z, Z, Z ) - Autotrnsfortor cęść uwojeni jest wspóln dl strony górnego i dolnego npięci B g d d C g Dl g=0 stn jłowy: Prekłdni utotrnsfortor: d AC A AB AC 6 AB g d AC AB Pry poinięciu strt wywołnych prąde, to otryy: d d W prybliżeniu: g g d g d d d g d g g g d d Jeśli prekłdni jest blisk jedności, to prąd jest brdo ły, więc n utotrnsfortor potreb niej iedi- stąd csi stosuje się nwę trnsfortor oscędnościowy Nie uwględnijąc strt: S- jest tw. ocą prechodnią trnsfortor S d d S Moc włsn utotrnsfortor (decyduje o wyirch): d g g g S