Transform tory e3a
Download
1 / 48

Transformátory – E3A - PowerPoint PPT Presentation


  • 114 Views
  • Uploaded on

Transformátory – E3A. Î G. Î S. Û. Zásady kreslení fázorových diagramů. Obecné zásady pro kreslení fázorů : * označení fázorů: napětí proudu * výkon zdroje je vždy záporný, výkon spotřebiče je vždy kladný (spotřebitelský systém). Û. Î. Z pohledu svorek je : * výkon zdroje záporný

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Transformátory – E3A' - clarke-doyle


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Z sady kreslen f zorov ch diagram

ÎG

ÎS

Û

Zásady kreslení fázorových diagramů

Obecné zásady pro kreslení fázorů:

* označení fázorů: napětí

proudu

* výkon zdroje je vždy záporný, výkon spotřebiče je vždy kladný (spotřebitelský systém) .

Û

Î

Z pohledu svorek je:

* výkon zdroje záporný

* výkon spotřebiče kladný

Platí:

PS = -PG


Zásady kreslení fázorových diagramů

reálná osa

I1 - spotřebič, R

I2 - spotřebič, RL

I3 - spotřebič L

I7 - spotřebič, C

I8 - spotřebič, RC

Û

PS

I1

I8

I2

I7

I3

imaginární osa

I4

I6

I5

PG

I6 - zdroj, RL

I7 - zdroj, L

I3 - zdroj, C

I4 - zdroj, RC

I5 - zdroj, R


Konstrukce jednofázového transformátoru

A Magnetický obvod

* výkonové transformátory - vzájemně izolované transformátorové plechy

* vf transformátory - magneticky měkké ferity

plášťový

obě vinutí na prostředním sloupku, magnetický obvod obklopuje vinutí

jádrový

na každém sloupku je vinutí

B Primární (vstupní) vinutí - měď, hliník (pro velké výkony)

C Sekundární (výstupní) vinutí - měď, hliník (pro velké výkony)

D Štítek transformátoru - vstupní a výstupní napětí, zdánlivý výkon

E Mechanické části konstrukce



Princip transformátoru

Na jakém principu pracuje ?

Na principu elektromagnetické indukce

?


Princip transformátoru

1. Vstupním vinutím protéká střídavý proud I1

2. V magnetickém obvodu se vytvoří střídavý magnetický tok - 

3. Na první cívce se indukuje napětí Ui1?

I1

Ui1

U1

Ui1 = 4,44*N1*f*

I2

4. Indukční tok prochází druhou cívkou

5. Na druhé cívce se indukuje napětí Ui2 ?

U2

Ui2

Ui2 = 4,44*N2*f*

6. Na výstupním vinutí se objeví napětí U2

7. Po připojení zátěže protéká proud I2 (spotřebitelský systém)


Převod transformátoru

- patří mezi základní parametry transformátoru

Rozdělení podle převodu

zvyšovací

p < 1

snižovací

p > 1

Při zanedbání ztrát platí:

S1 = S2 U1*I1 = U2*I2

oddělovací

p = 1


Prvky (parametry) náhradního schématu

Transformátor lze nahradit a analyzovat pomocí náhradního schématu, ve kterém musí být zahrnuty všechny vlivy, které ovlivňují chod transformátoru.

Náhradní schéma slouží k rozboru provozních stavů transformátoru.

Prvky (parametry) náhradního schématu:

- vinutí – podélné parametry

* činný odpor vstupního a výstupního vinutí Rv ()

* rozptylová reaktance vstupního a výstupního vinutí X ()

respektuje magnetický tok, který se uzavírá mimo magnetický obvod

- magnetický obvod – příčné parametry

* magnetizační reaktance X ()

respektuje konečnou magnetickou vodivost magnetického obvodu

* odpor, který respektuje ztráty v železe RFE ()

zahrnuje ztráty vířivými proudy a ztráty hysterézní


I1

I2

I1

I2

Ui1

Ui2

U1

U2

U1

U2

Ui1

Ui2

X

Ideální transformátor

Předpoklady:

vinutí – podélné parametry

* činný odpor vstupního a výstupního vinutí Rv = 0

* rozptylová reaktance vstupního a výstupního vinutí X = 0

magnetický obvod – příčné parametry

* magnetizační reaktance X  

* odpor, který respektuje ztráty v železe RFE  

Toto zapojení nedává fyzikální smysl - PROČ


I1

U1

Ui1

Ideální transformátor

Dané náhradní schéma popírá Kirchhoffovy zákony … I1 I2, Ui1 Ui2 a U1 U2 (s výjimkou transformátoru s převodem 1).

Proto je třeba přepočítat obecný transformátor na transformátor s p = 1

I2

I21

Ui21

Ui2

U21

U2


I1

I21

U1

U21

Ui1

Ui21

Fázorový diagram ideálního transformátoru

U1= Ui1= Ui21= U21

I1

Předpoklad – zátěž RL

?

I21

Úkol: Nakreslete fázorový digram pro R zátěž


X1

Rv1

X

RFE

Transformátor naprázdno

Jak definujeme chod naprázdno a jaké jsou výstupní veličiny ?

Výstupní svorky jsou rozpojeny, výstupním vinutím neprochází žádný proud  parametry, které se vztahují k výstupnímu vinutí, se neprojeví.

UX1

U1

I1= I0

I21 = 0

UR1

UX1

UR1

IFE

I

Ui

Ui = U210

U1

U210

I1= I0

0

IFE

I


I21 = 0

X

RFE

Transformátor naprázdno

Proud naprázdno I0 je v porovnání s jmenovitým proudem velmi malý  vliv podélných parametrů je zanedbatelný  s výjimkou nejmenších transformátorů lze podélné parametry zanedbat.

U1 = Ui = U210

I1= I0

I

IFE

Ui

U1

U210

I1= I0

0

IFE

I


Rozbor transformátoru naprázdno

1. Proud naprázdno - I0

jeho velikost je dána kvalitou magnetického obvodu a velikostí transformátoru

* velmi malé transformátory (jednotky až desítky VA) I0 = až 40% In

* malé transformátory (stovky VA) I0 10 % In

* střední transformátory (desítky kVA) I0 (4-6) % In

* velké transformátory (stovky kVA a více) I0< 1% In

2. Účiník naprázdno - cos 0

u různých typů a velikostí transformátorů je značně rozdílný.

Závisí především na ztrátách naprázdno (PFE) a velikosti proudu naprázdno (I0).

Pohybuje je se přibližně v rozsahu od 0,1 do 0,7.

Účiník je malý, odběr jalové energie zatěžuje síť, způsobuje ztráty na vedení a úbytky napětí  provoz transformátoru naprázdno by se měl co nejvíce omezit.


3. Ztráty naprázdno - P0 = PFE

A) ztráty hysterézní - Ph

jsou dány:

materiálem - plochou hysterézní smyčky.

Jelikož indukci nelze snižovat, závisí plocha smyčky na koercitivní intenzitě, která je dána použitým materiálem a technologií výroby:

* plechy válcované za tepla – univerzální plechy (EI, M, U).

Jsou nejlevnější, ztráty jsou ale nejvyšší.

* pásy válcované za studena – magnetické obvody jsou navinuty na šablonu a poté se mechanicky zpevní impregnací.

Speciální transformátory s požadavkem nízkých ztrát

* amorfní plechy – mají nejnižší ztráty, používají se na transformátory největších výkonů

frekvencí - lineární závislost

indukcí - přibližně kvadratická závislost


3. Ztráty naprázdno - P0 = PFE

B) ztráty vířivými proudy - Pv

jsou dány:

elektrickým odporem magnetického obvodu

Vířivé proudy vznikají při střídavém magnetování elektricky vodivých látek, proudy způsobují tepelné ztráty (Pz = ?)

Zvýšení elektrického odporu:

* měrným odporem – do klasickým obvodů příměs křemíku (až 5%), u vf transformátorů se používají feritová jádra (ferit je izolant).

* snížením průřezu – magnetický obvod je sestaven ze vzájemně izolovaných plechů (tl. 0,5 nebo 0,35 mm)

frekvencí - kvadratická závislost

indukcí - kvadratická závislost

Ztráty v železe lze určit:

a) výpočtem – udávají se měrné ztráty (W/kg), jsou vztaženy na tloušťku plechu, kmitočet 50 Hz a danou indukci (například 1,5 T).

PFE = P0 = p50* mFE (W, W/kg, kg)

b) měřením naprázdno (wattmetr)


Xk

X1

Rv1

Rv21

Rk

X21

Transformátor nakrátko

Jak definujeme chod nakrátko a jaké jsou výstupní veličiny ?

Výstupní svorky jsou zkratovány, výstupním vinutím prochází maximální možný proud, proud naprázdno je vzhledem ke zkratovému proudu zanedbatelný  vliv příčných parametrů lze zanedbat.

I1= Ik1

I1= Ik1

I21k = -Ik1

UXk

URk

U1

U1

Ui

U21=0


Rozptyl transformátoru

Rozptylový tok je tok, který se uzavírá mimo magnetický obvod transfomátoru. Způsobuje „úbytek“ indukčního toku pro vytvoření indukovaného napětí  má vliv na velikost napětí  patří mezi podélné parametry.


Xk

Rk

Transformátor nakrátko

Lze měřit přímo transformátor nakrátko ?

Měříme při sníženém napětí – napětí nakrátko Uk.

Je to napětí, při kterém prochází transformátorem jmenovitý proud.

UXk

Uk

Ik = I1n

URk

UXk

URk

I1n= Ik

k

Uk

I21k


Rozbor transformátoru nakrátko

1. Procentní napětí nakrátko transformátoru - uk%

patří mezi základní parametry transformátoru a jeho velikost lze určit výpočtem.

Velikost uk%

* malé transformátory  10 %

* střední transformátory (stovky kVA) (4 a 6) %

* velké transformátory 11 %

2. Procentní impedance nakrátko - zk%


Rozbor transformátoru nakrátko

3. Zkratový proud transformátoru - Ikz

Čím je dána jeho velikost ?

zejména impedancí transformátoru Zk.

Při výpočtu předpokládáme lineární závislost napětí a proudu (nedojde k nasycení obvodu).

1. způsob

2. způsob

Izk je j rozsahu (10 – 20) násobek jmenovité proudu  požadavek jištění.


Rozbor transformátoru nakrátko

4. Účiník nakrátko - cos k

jeho velikost je dána zejména podílem činné a jalové složky impedance transformátoru Zk. Zejména u velkých transformátorů je projeví vliv rozptylu.

Hodnota cos k je značně rozdílná, pohybuje se v rozsahu 0,7 – 0,95

5. Ztráty nakrátko (ztráty ve vinutí) - Pk = Pj

jsou dány proudem a odporem vinutí.

Ztráty lze vyjádřit pomocí Jouleova zákona  Pj = R*I2

Pro transformátor platí: Pk = Pj1 + Pj2 = R1*I12 + R21*I212

pro jmenovitý proud: Pkn = Pj1 + Pj2 = Rk*In12

Ztráty nakrátko lze určit měřením (wattmetr) nebo výpočtem

Pro porovnání ztrát P0 /Pk = 1 /(2,4 – 4)


X1

Rv1

Rv21

X21

Z

RFE

X

Transformátor při zatížení

V jakém rozsahu lze měnit zatížení ?

I1

I21

UX1

UR1

UR21

UX21

I0

I

IFE

Ui

U1

U21

ÛR21 = R21 * Î21, ÛX21 = jX21 * Î21

Ûi = Û21 – (ÛR21 + ÛX21)

ÎFE = Ûi / RFEÎ = Ûi / jX

Î1 = (ÎFE + ÎI) – Î21

ÛR1 = R1 * Î2, ÛX1 = jX1 * Î1

Û1 = Ûi + (ÛR1 + ÛX1)


Výpočet parametrů transformátoru

1. Příčné parametry - RFE, X

Vstupní hodnoty pro výpočet: Sn, U1n, i0% (I0), P0

a) výpočet účiníku naprázdno

b) výpočet činné a jalové složky proudu

c) výpočet příčných parametrů

Příklad:

Vypočítejte příčné parametry transformátoru s výkonem 500 VA, převodem 230/48 V, proudem naprázdno 7% a výkonem naprázdno 12 W


Výpočet parametrů transformátoru

2. Podélné parametry - Rk, Xk

Vstupní hodnoty pro výpočet: Sn, U1n, uk% (zk%,Uk), Pk

a) výpočet účiníku nakrátko

b) výpočet impedance nakrátko

c) výpočet podélných parametrů

Příklad:

Vypočítejte podélné parametry transformátoru s výkonem 500 VA, převodem 230/48 V, napětím nakrátko 8% a výkonem nakrátko 36 W


Provedení trojfázového transformátoru

1. Tři jednofázové transformátory

Výhoda: nezávislý magnetický systém, jednodušší doprava

Nevýhoda: velká spotřeba materiálu, cena

Použití: transformátory největších výkonů


Provedení trojfázového transformátoru

2. Trojfázový transformátor

Výhoda: menší celková hmotnost, nižší cena

Nevýhoda: nesymetrie v magnetickém obvodu, transformátory největších výkonů - doprava

Použití: běžné trojfázové transformátory

Jádrový

na každém sloupku je vinutí

Plášťový

krajní sloupky jsou bez vinutí


Vytvoření jádrového magnetického obvodu trojfázového transformátoru

3 samostatné transformátory, součet okamžitých hodnot toků na prostředním sloupku je nulový  sloupek lze odstranit.


Konstrukce distribučního transformátoru transformátoru

průchodky – strana vn

průchodky – strana nn

zásobník oleje

nádoba transformátoru s olejem

vinutí vn

vinutí nn

magnetický obvod



Regulace napětí na transformátoru transformátoru

V praxi požadujeme konstantní hodnotu výstupního napětí podle určení spotřebitele.

Základní rozdělení:

a) podle principu regulace - změna počtu závitů na vstupní straně

- změna počtu závitů na výstupní straně

b) podle způsobu regulace - regulace naprázdno

- regulace při zatížení

c) podle plynulosti změny - skoková regulace

- plynulá regulace

Princip regulace:

Změna počtu závitů na vstupní straně

 jemná regulace

 menší přepínací proudy

 změna magnetického toku (změna počtu závitů na vstupní straně) horší využití magnetického obvodu


Možnosti a provedení regulace transformátoru

Nejčastěji se provádí regulace na vstupní straně transformátoru

Regulace distribučních transformátorů:

- je skoková a provádí se ve vypnutém stavu zpravidla podle rozvodu za transformátorem a místních podmínek

- rozsah regulace je ± 2 x 2,5 % (celkem 5 výstupních hodnot) nebo ± 5 % (3 výstupní hodnoty)

Regulace přenosových transformátorů

- je plynulá nebo skoková a provádí se za provozu podle zatížení sítě

- přepínají se konce vinutí (jednodušší) nebo výstupy ze středu vinutí (technicky výhodnější)

Příklady: Transformátor 16 MVA, 35±8x2% / 6,3 kV

Olejový transformátor 150 MVA, 220 ± 8 x 1,25% / 145 / 12 kV


Připojení transformátoru naprázdno na síť transformátoru

Při připojení transformátoru na síť vzniká přechodový děj, který má za následek nárůst proudu  vliv na jištění.

Předpoklady:

* transformátor je v okamžiku připojení naprázdno

* proud naprázdno má čistě indukční charakter (I0 = I, IFe = 0)

Připomenutí:

* indukční tok potřebný k vytvoření magnetického pole je ve fázi s magnetizačním proudem

* magnetizační proud (proud naprázdno) je zpožděn za napětím o 900.

* proud na cívce se nemůže měnit skokem

Základní úvaha:

Proud před připojením transformátoru k síti je nulový, po připojení musí být okamžitě zpožděn za napětím o 900. Protože nemůže dojít ke skokové změně proudu, vytvoří se stejnosměrná složka, která zvýší amplitudu proudu naprázdno  vznikne proudová ráz.


průběh napětí transformátoru

průběh střídavé složky

indukčního toku

Na čem závisí velikost proudového rázu ?

Na okamžité hodnotě napětí při připojení transformátoru k síti !

Je znázorněný indukční tok výsledný ?

Ne. Došlo ke skokové změně toku, což není možné


průběh stejnosměrné složky indukčního toku transformátoru

průběh napětí

průběh střídavé složky

indukčního toku

Indukční tok musí vycházet z počátku, proto se vytvoří stejnosměrná složka toku. Počáteční hodnota stejnosměrné složky je stejně velká jako střídavé složky, má však opačné znaménko 

výsledná počáteční hodnota indukčního toku je nulová.


průběh stejnosměrné složky indukčního toku transformátoru

průběh napětí

výsledný indukční tok

průběh střídavé složky

indukčního toku

Je-li při připojení transformátoru okamžitá hodnota napětí nulová je maximální stejnosměrná složka a tím i maximální amplituda výsledného indukčního toku.

Jaká je maximální hodnota výsledné amplitudy ?

Téměř dvojnásobná !


transformátoru

0max

n0

In0

I0max

I0

Magnetizační křivka

Velikost proudu naprázdno při připojení transformátoru k síti - mezní stav

Počáteční hodnota proudu naprázdno I0max = (20 – 60)I0n

Absolutní hodnota je dána proudem jmenovitým naprázdno.

Je-li i0% = 10 %, je maximální proudový ráz I0max = 6*In 

Pro jištění transformátoru se používají jističe s charakteristikou D


Z transformátoru

Autotransformátor

je transformátor, který má pouze jedno vinutí s odbočkou  vstupní a výstupní strana je galvanicky spojena.

Část vinutí je společná pro vstupní a výstupní vinutí a vinutím N2 prochází rozdíl proudů I1 – I2 (menší průřez)  úsporný transformátor. Čím menší je rozdíl obou napětím, tím je úspora vyšší.

I1

Rozdělení: - snižovací (U1> U2)

- zvyšovací (U1< U2)

- regulační (zpravidla U2 = 0 – U1)

I2

N1

U1

Převod transformátoru ?

U2

N2


I transformátoru1

I2

N1

U1

U2

N2

Z

Autotransformátor

Protože je část autotransformátoru společná pro vstupní a výstupní vinutí, liší se průchozí (vnější) - Sp a typový (vnitřní) - Si výkon.

?

Průchozí výkon

?

Typový výkon


I transformátoru1

I2

N1

U1

N2

Z

Autotransformátor

Proč má autotransformátor omezené využití ?

Jaká porucha na autotransformátoru je nebezpečná ?

Při přerušení výstupního vinutí dojde k výraznému nárůstu výstupního napětí !!!

?

Jaké bude výstupní napětí U2’

Pro I2=0 … U2’ = U1

Pro I2> 0 … U2< U2’ < U1

?

U2

U2’

Použití autotransformátoru:

* v soustavě vvn pro nejvyšší výkony, například 400/110 kV

* regulační transformátory (při návrhu ochran je z pohledu bezpečnosti směrodatné napájecí napětí! )


L transformátoru1

U1

N

A (M)

N

a (m)

n

V

U2=100 V

Přístrojové transformátory – transformátor napětí

Přístrojové transformátory napětí a proudu se používají ke snížení měřených veličin na hodnoty vhodné pro měřící přístroje a k napájení ochran.

* nové označení svorek - vstup - A, B (N) - výstup - a, b (n)

staré označení - vstup - M, N - výstup - m, n

* na výstup se připojují přístroje s velkým vnitřním odporem

* jedná se o tvrdý zdroj napětí  nutnost jištění

* výstupní napětí je vždy 100 V

* chyba úhlu – fázový posun mezi U1 a U21 - U

* chyba napětí – poměrný rozdíl napětí U1 a U21 - U


I transformátoru1

L1

N

P1 (K)

P2 (L)

S2 (l)

S1 (k)

I2=1(5) A

ZK

A

Přístrojový transformátor proudu

I1 – vnucený proud

* chyba úhlu - fázový posun mezi I1 a I21

* chyba proudu - poměrný rozdíl proudu I1 a I21

* nadproudé číslo - násobek jmenovitého vstupního proudu, při kterém dosáhne chyba proudu 10%

* třída přesnosti - celkový vliv chyb na přesnost měření (%)

* nové označení svorek - vstup - P1, P2 - výstup - S1, S2

staré označení - vstup - K, L - výstup - k, l

* na výstup se připojují přístroje s malým vnitřním odporem

* jedná se o tvrdý zdroj proudu  výstupní svorky se nesmí rozpojit

* výstupní proud je pro měření 5A, pro ochrany 1A


Tlumivky transformátoru

mají podobnou konstrukci jako transformátor s jedním vinutím. Zvyšuje indukčnost obvodu, vlivem přerušeného magnetického obvodu zůstává indukční reaktance přibližně konstantní

Rozdělení podle konstrukce:

a) železné jádro má nemagnetické mezery

b) cívka je bez jádra (reaktor)

Rozdělení podle zapojení:

a) sériové

b) paralelní

Parametry tlumivek:

a) izolační napětí (U) – napětí sítě

b) reaktanční napětí (Ux) – úbytek napětí na tlumivce při jmenovitém proudu

c) jmenovitý proud (In)

d) jalový výkon (Q)

e) indukčnost tlumivky (L)

f) činné ztráty (P)


Charakteristika tlumivky transformátoru

Ux

s plným jádrem

XL

s přerušovaným jádrem

s přerušovaným jádrem

s plným jádrem

In

I

Cívka s plným jádrem – vlivem nasycení se výrazně mění indukční reaktance

Cívka s přerušovaným jádrem – do jmenovitého proudu zůstává indukční reaktance přibližně konstantní