Základy elektrotechniky

Transkript

1 Základy elektrotechniky Přednáška Transformátory

2 deální transformátor r 0; 0 bez rozptylu mag. toků 0, Φ Φmax. sinωt ndukované napětí: u i N d N dt... cos t max imax N..f. 4,44..f.N d ui N i 4,44. max.f.n dt max i max cos t

3 Základní funkce transformátoru Převod transformátoru - p je poměr primárního a sekundárního napětí p N N p i i 4,44. 4,44. max max.f.n.f.n N N Pro μ > Hž 0 H ž. l 0 N.ˆ + N. ˆ fázový transformátor 3 fázový transformátor S S ; 3 S S; 3 3

4 Magnetický obvod transformátoru Sloupkový transformátor - mg. obvod složený z transformátorových plechů Plášťový transformátor - nejběžnější, má oproti sloupkovému menší rozptylové toky, jádro bývá složeno většinou z plechů tvaru E. C transformátor - užívá orientovaný mg. materiál, plechový pásek, B max až,6 T, menší rozměry, jádro ve tvaru písmene C, dosahuje malých ztrátových výkonů. Toroidní transformátor - mg. obvod navinut do kruhu z mnoha vrstev pásku orientovaného plechu, nemá vzduchovou mezeru, obtížně se navíjí vinutí cívek, má však velmi malé rozptylové toky a vychází malý. 4

5 eálný transformátor - náhradní schéma X h ωl h - magnetizační reaktance, L h - magnetizační indukčnost Fe - ztráty ve feromagnetickém jádru, odpor vinutí primárního odpor sekundárního vinutí X σ rozptylová reaktance prim. vinutí, X σ rozptylová reaktance sek. vinutí Z impedance zátěže Fe i P Fe 5

6 6 Přepočet hodnot v náhradním schématu 0 0 ; ; 0 Z p Z X p X p p N N p N N

7 7 i i i i jx jx :: 3: 3:500:70000 : : : : : X h X X ; ; X P i h i i i Trafo 800 kva poměry hodnot veličin

8 Náhradní schéma transformátoru eálný transformátor deální transformátor 8

9 Provozní stavy transformátoru chod transformátoru naprázdno využívá se ke změření ztrát v železe a převodu transformátoru z výstupního vinutí neodebírá proud 0, na vstupním vinutí je jmenovité napětí n chod transformátoru nakrátko využívá se ke změření hodnot průchozích prvků náhradního schématu, svorky výstupního vinutí jsou spojeny dokrátka, na vstup je zaveden jmenovitý proud k n. 9

10 Transformátor naprázdno 0 n 0 proud naprázdno 0 3 5% n (až 0% n pro malé transformátory) P 0 0 Fe Fe. +. P0 cos cos φ 0 0 0,05 0, 0. 0 P Fe P i 0

11 Charakteristiky transformátoru naprázdno

12 Transformátor nakrátko k k n X K K X X ˆ k ˆ k Napětí nakrátko k je napětí, při kterém teče transformátorem jmenovitý proud k n. K uk.00 % procentní napětí nakrátko n + k X + X X k Zˆ k Pk. k+. k+ Pk Pd cos k k k k + j X k k p. k

13 Transformátor nakrátko Veškerý příkon transformátoru při chodu nakrátko je ztrátový a spotřebuje se na krytí: Jouleových ztrát v obou vinutích ΔP JK, Δ P JK přídavných (dodatečných) ztrát Δ P d vzniklých vlivem vířivých proudů v nádobě a konstrukčních částech transformátoru Příkon transformátoru při chodu na krátko: P K K K Poměrné procentní napětí nakrátko: P KN uk % N N Čitatel výrazu pro u K se odečte z ch-ky nakrátko K f( K ) pro N zk Z n k uk.z k k u n k d 3

14 Charakteristiky transformátoru nakrátko zk Z n k uk.z k k u n k Při u k 0,05 je zk 0 n vede k destrukci transformátoru 4

15 Úbytek napětí na transformátoru ˆ ˆ 0-ˆ 5

16 Třífázový transformátor Zapojení třífázového transformátoru Yy 6 6

17 Třífázový transformátor Hodinový úhel transformátoru Podle vzájemného propojení jednotlivých vinutí dochází ke vzniku různých fázových posuvů mezi fázovým napětím na vstupu a výstupu. fázorový posuv je vždy v násobcích úhlu π/6 (30 o ), měří se v hodinách, úhel je označen jako hodinový úhel transformátoru, čte se od vyššího napětí k nižšímu ve smyslu chodu ručiček hodin, Jedné hodině odpovídá úhel 30 o Yy 0 7

18 Paralelní chod transformátoru Paralelní zapojení dvou jednofázových, resp. třífázových transformátorů Důvody paralelního chodu transformátorů: pokrytí požadavku transformace většího výkonu než je schopen zajistit instalovaný transformátor, v ekonomické důvody: při nízkém odběru je provozován jen jeden transformátor, ostatní neodebírají zbytečně naprázdno jalový výkon.

19 Paralelní chod transformátoru Podmínky paralelního chodu transformátoru: Převod transformátorů musí být přesně stejný, maximální přípustný rozdíl je ± 0, %, který je příčinou vyrovnávacího proudu v, (zvýšení ztrát a oteplení). Výstupní napětí musí mít shodnou fázi (okamžitou hodnotu). jednofázových se toto zajistí spojením začátků resp. konců vinutí. třífázových musí být shodný hodinový úhel. Aby se výkon rovnoměrně rozkládal na jednotlivé transformátory úměrně jejich jmenovitému výkonu, měla by být poměrná napětí nakrátko jednotlivých transformátorů stejná. Norma připouští rozdílnost poměrného napětí nakrátko u k ±<0 %, což lze splnit, jestliže se neliší výkony více než 3x.

20 Účinnost transformátoru transformátor má: ztráty v železe Δ p fe Δ p 0, které předpokládáme při různé zátěži za stálé, neboť indukované napětí resp. magnetický tok se mění málo, ztráty ve vinutí Δ p cu Δ p k, které jsou závislé na kvadrátu zatěžovacího proudu. Pro celkové ztráty platí: P P 0 + k. T kde ν T je poměrná zátěž transformátoru, kterou lze vyjádřit P P S T cos konst. n Pn S n kde P a P n jsou činný a jmenovitý činný výkon, S a S n jsou zdánlivý a jmenovitý zdánlivý výkon transformátoru. 0

21 Účinnost transformátoru Účinnost transformátoru je P T.S n. cos P+ P.S. + P0+ Pk. T n cos T Energetický transformátor je obvykle navržen tak, aby max. účinnost byla asi při 75 % jmenovité zátěže (ν T 0,75). Transformátor 0 kva má max. účinnost η max 93 %, transformátor 40 MVA má η max 99 % a transformátorek 00 VA má η max 85 %.

22 egulační autotanstorrrmátor 0! Měření na transformátoru L Měření naprázdno Měření nakrátko A W T T V V N