1 TRANSFORMÁTOR. Zařízení sloužící ke změně parametrů elektrické energie: Změna napětí (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) Změna proudu (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) galvanické oddělení obvodů – tzv. oddělovací transformátor – bezp. důvody lze jím i měnit počet fází - PowerPoint PPT Presentation
27
1 TRANSFORMÁTOR Zařízení sloužící ke změně parametrů elektrické energie: – Změna napětí (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) – Změna proudu (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) – galvanické oddělení obvodů – tzv. oddělovací transformátor – bezp. důvody – lze jím i měnit počet fází Nejčastěji používaný elektrický stroj. přenos a rozvod el. energie. Využívá principu elektromagnetické indukce 1. M. r. – zákon celk. proudu 2. M. r. – I l d H l dt d l d E l NI Hl t U i
Transcript
1 TRANSFORMÁTORZařízení sloužící ke změně parametrů elektrické energie:
– Změna napětí (provázeno změnou proudu v opačném smyslu)– Změna proudu (provázeno změnou proudu v opačném smyslu)– galvanické oddělení obvodů – tzv. oddělovací transformátor – bezp. důvody– lze jím i měnit počet fází
Nejčastěji používaný elektrický stroj. přenos a rozvod el. energie.
Využívá principu elektromagnetické indukce
1. M. r. – zákon celk. proudu 2. M. r. – Faradayův ind. zákon
IldHl
dt
dldE
l
NIHl t
U i
Typy transformátorů
• Podle počtu fází–jednofázový
–třífázový
–vícefázový
• Podle způsobu chlazení–vzduchové
–plynové
–pískové
–olejové
• Podle použití– napěťový
– proudový
– speciální
• Podle provedení vinutí– dvouvinuťové
– vícevinuťové
• Podle konstrukce– jádrový
– plášťový
– toroidní
Konstrukční uspořádání
• magnetický obvod – plechy 0,28; 0,33; 0,5 mm» jádra - umístěno vinutí» spojky - uzavírají mag. obvod
• vinutí – min. dvě mag. vázaná vinutí na fázi• musí vyhovovat:
» tepelně» mechanicky» izolačně
• nádoba – u transformátorů chlazených olejem» hladké» žebrované » hladké s radiátory (s ofukováním)
- u velkých výkonů nucený oběh oleje + chladič mimo nádobu– na víku keramické průchodky – součástí nádoby – konzervátor a hygroskopická látka
Principy základních konstrukcí
A – jádrovýB – plášťovýC – toroidní
Hlavní a rozptylové magnet. toky
Náhradní schéma
Indexy: μ – magnetizační složka 1 – primární veličinaσ – rozptylová složka 2 – sekundární veličinaFe – týká se mag. Plechů h – hlavní indukčnost
Pozn.: Sekundární parametry jsou přepočítány na primární napětí
Napěťové rovnice transformátoru
• Plynou z náhradního schématu• Sestavení – dle Kirchhoffova zákona o napětích
´´´´´ 22222
11111
Li
Li
jXIRIUU
jXIRIUU
Proudové rovnice transformátoru
• Vycházejí z náhradního schématu• Sestavení – dle Kirchhoffova zákona o proudech
jIII
III
Fe
0
201
Fázorový diagram transformátoru
Přepočítací vztahy:
U2i´=p*U2i
I2´=I2 / p
R2´=p2*R2
XLσ2´= p2*XLσ2
Pozn.: Sekundární parametry jsou přepočítány na primární stranu.
Chlazení transformátorů I
• VZDUCHOVÉ– Odvod tepla konvekcí (prouděním)– Přirozená nebo nucená konvekce– Menší výkony, větší plocha chlazení – větší objem
• KŘEMIČITÝ PÍSEK– Odvod tepla kondukcí (vedením)– Místa s neb. výbuchu a požáru – doly, obch. domy,
lodě– Značná hmotnost, lze dopravovat v jakékoliv poloze
Chlazení transformátorů II
• PLYNEM
– Nejčastěji SF6
netečný plyn bez zápachu
3x větší tepelná vodivost než vzduch
lepší elektroizolační vlastnosti
– Vhodné pro omezené prostory (lodě, lokomotivy, doly)
Chlazení transformátorů III
• OLEJEM – minerálním nebo syntetickým
– MINERÁLNÍ• El. oblouk hořlavé plyny + vzduch výb.směs!
• Je hygroskopický (už 0,01% H2O snižuje EP o 20%)
• Kaly zhoršuje se tepelná vodivost
– SYNTETICKÉ• Pro vysoká napětí a velké výkony• Nehořlavé, nehygroskopické• Dříve PCB (polychlorované bifenyly) – vysoce tox.!
Ztráty transformátoru
ΔP = ΔP0 + ΔPK = ΔPFe + ΔPj1 + ΔPj2
Maximální účinnost ↔ ΔP0 = ΔPk
Poměrné zatížení
Při jmenovitém zatížení ΔPkn= (3,5 až 5) ΔP0
Maximální účinnost ↔ i = 0,53 až 0,45
KnP
Pi
0
Chod nakrátko
• Výstupní vinutí nakrátko U´2 = 0
↓
→
• Proud IK kryje především ztráty ve vinutí
KnK Z
UII
1
111
´211
´211
111
LLKL
K
KLkk
XXX
RRR
jXRZ
222 LjXRZ
Napětí nakrátko Uk – napětí, při kterém teče primárem jmenovitý proud (při zkratovaném sekundáru)
Poměrné napětí nakrátko uk = Uk/Un *100 [%] obvykle do 10% - štítková hodnota transformátoru
Chod nakrátko – měřicí obvod
Chod naprázdno
Sekundární vinutí rozpojeno
Proud I0 kryje především ztráty v železe, a to:
– Ztráty hysterezní Impedance naprázdno
– Ztráty vířivými proudy
Činná složka impedance naprázdno (Rfe):
Jalová složka impedance naprázdno (Xh) :
AIZ 022
)2,26,1(** BfkP hh
22 ** BfkP vv
cos0ZRFe
sin0ZX h
0
10 I
UZ
hFe
hFe
jXR
jXRZ
*0
Chod naprázdno – měřicí obvod
Proud naprázdno I0 – proud odebíraný transformátorem bez zatížení – kryje magnetizační ztráty
Poměrný proud naprázdno io = I0 / In * 100 [%]
- udává, jaký má I0 podíl na jmenovitém proudu
- obvykle 10 – 20 %
Měřicí transformátory
• přístrojové transformátory• přesnost pravidelná kalibrace • napájení měřicích a jistících přístrojů konstrukce
Slouží k:
a) Oddělení od obvodů vysokého napětí bezpečnost
b) Transformace napětí a proudu za účelem měření U2=100V, I2=5A
Měřicí transformátory proudu
• Primár – málo závitů pokud Iμ=0, pak
• Sekundár – hodně závitů– připojen A, W, EM
Malý mag.proud Iμ větší přesnost…k tomu je třeba:
• Plné zatížení MTP
• Malá indukce B (B < 0,1 T) – pak je I2=f(I1) téměř lineární
• Magnetický obvod bez vzduchových mezer
• Vysoká μ jádra, malé ΔPFe
POZOR! Při chodu se nesmí rozpojit sekundární strana transformátoru!!!
Je-li I2=0 vnucený proud I1 = Iμtransformátor se přesycujeindukce napětí na svorkách sekundárušpičky dosahují nebezpečných hodnot pro izolaci vinutímožné proražení izolace nebo vzniku remanence jádra!. Velká indukce Bvelké ztráty ΔPFeoteplení. ZK
pN
N
I
I 1
1
2
2
1
Měřicí transformátor napětí• Primár – hodně závitů zanedbáme-li úbytky napětí• Sekundár – málo závitů
– připojen V, W, EM
Menší úbytky napětí budou při:• malém proudu naprázdno MTP (malá B, mag.obvod bez vzd. mezer, kvalitní mag.mat.)
• Malých činných odporech vinutí a rozptylových reaktancích (malé uK) malé vzd.vinutí
POZOR!!! MTN se nesmí na sekundární straně spojit nakrátko!!!
Vzhledem k malé impedanci nakrátko je velký proud nakrátko nebezpečí spálení vinutí MTN.
pN
N
U
U
2
1
20
10
Autotransformátory I
Změna napětí v rozsahu 10-50 % - u 3vinuťových transf. Nehospodárné
část vinutí společná pro primár i sekundár – galvanicky spojeny
• jednofázové
• trojfázové
Převod transformátoru
Autotransformátor není dělič napětí elektrického typu vinutí primáru a sekundáru jsou zde magneticky vázána.
2
1
N
Np
Autotransformátory II
Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem I.
Stav naprázdno (I2=0)
• Není podstatný rozdíl• Zanedbáme-li ΔU, platí
Při zatížení (I2>0)
• NORM.TRAFO– Cívkou A0 – proud I1
– Cívkou ao – proud I2
• AUTOTRAFO– Cívkou Aa – proud I1
– Cívkou ao – proud I
I=I1+I2=I1(1+p)=I2(1+1/p) ~ I=I2-I1=I2(1-1/p)
1
21
120 N
NU
p
UU
Autotransformátory III
Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem II.
Jouleovy ztráty Parametry vinutíNORM.TRAFO Odpor RAa
AUTOTRAFO Odpor Rao - protéká menší proud I
- stačí menší průřez - větší odpor
22ao
21A0J2J1JT IRIRPPP
2ao
21AaJ2J1JA IRIRPPP
)1(11
211 pR
N
NNRRAa
p
R
IIR
Rao 11
2
2
2
)1
1(p
PP JTJA
Autotransformátory IV
Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem III.Autotransformátor má oproti normálnímu dvouvinuťovému transformátoru:• menší provozní i výrobní náklady• menší poměrný odpor nakrátko tvrdší zdroj s menšími úbytky napětí,• menší poměrnou reaktanci nakrátko ale větší zkratové proudy!!!
Přiváděný vstupní výkon S1=U1I1≈U2I2 (průchozí výkon) se přenáší:
