Ćw 6 El. Lab

Pytania i zagadnienia:

• Jak definiuje się przekładnię zwojową oraz przekładnię napięciową transformatora jedno­fazowego i dlaczego można przyjąć ich równość?

Stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów uzwojenia wtórnego.

Można przyjąć ich równość ze względu na równowagę przepływów.

• Schemat zastępczy transformatora. Objaśnić związki między elementami tego obwodu a odpowiednimi zjawiskami fizycznymi bądź parametrami eksploatacyjnymi (straty stałe, zmienne itd.).

Schemat zastępczy transformatora rzeczywistego pracującego w stanie jałowym zawierać więc będzie oprócz transformatora idealnego o przekładni p : 1 kilka dodatkowych elementów, z których:

— indukcyjnośći
płynący przez nią prąd
będą odpowiadały za wytwo­rzenie w rdzeniu strumienia magnetycznego głównego,

— rezystancja
(lub kondunktancja
) i płynący przez nią prąd

przedstawiają straty energii w rdzeniu,

— rezystancja
i indukcyjność
reprezentują straty energii oraz rozpra­szanie się strumienia magnetycznego w uzwojeniu

• Od jakich wielkości i w jaki sposób zależą straty histerezowe i straty wiroprądowe w rdze­niu transformatora?

Straty energetyczne histerezowe P_h. zależą od częstotliwości napięcia zasilające­go f i od maksymalnej wartości indukcji w rdzeniu B_m

Zależność ta jest znana pod nazwą wzoru Steinmetza. Współczynnik pro­porcjonalności n jest stałą zależną od składu chemicznego i rodzaju obróbki materiału ferromagnetycznego i dla blachy krzemowej jest rzędu 0,02 - 0,03. Wartość wykładnika x zależy od wartości indukcji maksymalnej i zawiera się w granicach 1,6-2.6.

Moc strat wiroprądowych ta jest proporcjonalna do kwadratu iloczynu częstotliwości f i maksymalnej indukcji magnetycznej w rdzeniu B_m oraz odwrotnie proporcjonalna do rezystywności rdzenia.

Jak wynika z powyższych rozważań, straty histerezowe są wprost propor­cjonalne do częstotliwości i one decydują o całkowitej mocy strat w rdzeniu w zakresie niewielkich częstotliwości. Straty wiroprądowe zależą od kwadratu częstotliwości i są główną składową strat w zakresie częs­totliwości większych. W praktyce używa się pojęcia „stratność rdzenia", zdefiniowanej jako:

• Czy transformator zasilany napięciem o tej samej wartości, lecz o różnej częstotliwości, ma większe straty jałowe, gdy jest ona wyższa, czy gdy jest niższa?

Przy stałym napięciu straty od prądów wirowych nie zależą od często­tliwości, a straty histerezowe są odwrotnie proporcjonalne do częstotliwości. Wynika stąd, że przy znamionowym napięciu transformatora częstotliwość zasilania może być większa od znamionowej, natomiast zmniejszenie częstotliwości powoduje wzrost strat w rdzeniu.

• Jakie parametry transformatora wyznacza się w próbie stanu jałowego?

Na podstawie pomiaru mocy i prądu w stanie jałowym można obliczyć ze wzorów

;

parametry gałęzi poprzecznej układu zastępczego transformatora
i
. (opór równoważący straty mocy na histerezę i reaktancji magnesowania)

• Jak wyjaśnić zmniejszanie się wartości współczynnika mocy transformatora w stanie jało­wym przy wzroście napięcia zasilającego?

Prąd czynny
rośnie powoli wraz ze wzrostem napięcia na uzwojeniu pierwotnym (zależność liniowa), natomiast prąd magnesujący
rośnie szybciej (wg. Charakterystyki magnesowania), dlatego współczynnik mocy wraz ze wzrostem napięcia maleje.

• Dlaczego przebieg czasowy prądu magnesującego, przy sinusoidalnie zmiennym napięciu zasilającym transformator, jest odkształcony od sinusoidy?

Ze względu na występowanie zjawiska histerezy w rdzeniu ferromagnetycznym, związanej z pracą rdzenia w zmiennych polach magnetycznych, czyli zjawisko przemagnesowania rdzenia.

• Jakie parametry transformatora wyznacza się w próbie zwarcia normalnego i w jakich ob­liczeniach są one wykorzystywane?

Na podstawie normalnego stanu zwarcia można obliczyć impedancję zwarcia
oraz rezystancję zwarcia
; a z tego uzyskać można reaktancję zwarcia
; co umożliwia określenie wszystkich elementów gałęzi podłużnej układu zastępczego. Pomiarów należy dokonywać do 75C z uwagi na znaczny wpływ temperatury na
.

• Co rozumie się ogólnie, w sensie energetycznym, przez sprawność urządzenia? Jak defi­niuje się sprawność transformatora dla stanu pracy ustalonej i w jaki sposób się ją wyzna­cza?

Sprawność: stosunek uzyskanego efektu działania do środków zużytych do tego celu, określony w procentach

W transformatorze idealnym cała moc pozorna doprowadzona do zacisków wejściowych zostaje, zgodnie z zależnością, przeniesiona do odbiorni­ka: W transformatorze rzeczywistym należy uwzględnić moc strat „w żelazie" P_Fe (histerezowych i wiroprądowych) oraz straty „w miedzi" P_Cu (moc traco­na na rezystancjach uzwojeń R₁ i R₂). W odróżnieniu od maszyn wirujących nie występują natomiast straty mechaniczne oraz straty wzbudzenia. Dzięki temu, sprawność transformatorów jest bardzo duża, co m.in. pozwala na stoso­wanie wielokrotnej transformacji napięcia w sieciach energetycznych.

Sprawność transformatora definiuje się jako

• Dlaczego strumień główny transformatora jednofazowego praktycznie nie ulega zmianie przy zmianach obciążenia?

Ze względu na następującą własność w stanie obciążenia: im większy prąd I₂ oddaje uzwojenie wtórne odbiornikowi, tym większy prąd I₁ pobiera uzwojenie pierwotne ze źródła napięcia - jest to proces samoczynny. Proces ten występuje dzięki temu, że napięcie doprowadzone do uzwojenia pierwotnego transformatora jest stałe.

• Co nazywamy spadkiem napięcia, a co zmiennością napięcia transformatora?

Spadkiem napięcia transformatora nazywa się algebraiczną różnicę między napięciem pierwotnym, a odniesionym do obwodu pierwotnego napięciem wtórnym.

Zmiennością napięcia transformatora nazywa się spadek napięcia przy przejściu od stanu jałowego do stanu znamionowego, przy danym współczynniku mocy oraz znamionowym napięciu i znamionowej częstotliwości zasilania. Zmienność napięcia może być określana jako spadek napięcia, który występuje przy obciążeniu znamionowym.

• Czy możliwy jest taki przypadek, by wraz ze wzrostem obciążenia transformatora, przy niezmiennym napięciu pierwotnym, rosło napięcie wtórne?

Tak, gdy jest ujemna wartość zmienności napięcia, występuje ona przy pewnych obciążeniach czynno-pojemnościowych.

• Dlaczego moc znamionową transformatora definiuje się jako moc pozorną?

Moc znamionowa wyraża się mocą pozorną, bowiem jego wymiary geometryczne zależą od przekrojów rdzenia i uzwojeń, te natomiast są proporcjonalne, odpowiednio, do napięcia i prądu.

• Które z układów połączeń transformatora trójfazowego można stosować przy zasilaniu odbiorników jednofazowych?

Optymalnie przy obciążeniu niesymetrycznym stosuje się układy Yz lub Dz w zależności od tego, jaki kąt godzinowy jest potrzebny ze względu na pracę równoległą.

Można też stosować np. Yy lub Yd.

• Przy jakim sposobie połączeń wykonanie uzwojenia trójfazowego jest najtańsze?

W przypadku transformatorów niskich i średnich napięć, koszt uzwojeń połączonych w gwiazdę i w trójkąt jest taki sam, natomiast zygzak jest znacznie droższy. Przy wysokich napięciach gwiazda jest nieco tańsza od trójkąta.

• Co oznaczają litery tworzące symbol układu połączeń transformatora trójfazowego?

Litery duże - dotyczą strony wyższego napięcia, małe litery - niższego.

Y i y - gwiazda; D i d - trójkąt; z - zygzak (tylko strona niższego napięcia)

• Jak definiuje się przekładnię (napięciową) transformatora trójfazowego?

Przekładnia napięciowa transformatora trójfazowego jest to stosunek znamionowych napięć międzyprzewodowych strony wyższego napięcia (U₁) i niższego napięcia (U₂).

• Z czego wynikają różne wartości przekładni zwojowej i przekładni napięciowej transfor­matorów trójfazowych o układach połączeń innych niż Yy lub Dd?

Przekładnia napięciowa to stosunek napięć międzyprzewodowych, natomiast przekładnia zwojowa jest równa stosunkowi napięć fazowych.

W układzie połączeń w trójkąt napięcia fazowe są równe międzyprzewodowym, w układzie połączeń w gwiazdę napięcia międzyprzewodowe są
razy większe od napięć fazowych. Natomiast w układzie połączeń w zygzak uzwojenie każdej fazy jest podzielone na połowę. Układy o różnych układach połączeń transformatorów od stron wyższego i niższego napięcia mają różne wartości przekładni napięciowej i zwojowej.

• Jak definiuje się kąt godzinowy transformatora trójfazowego?

Jest to kąt równy opóźnieniu w fazie napięcia dolnego względem napięcia górnego. Mierzy się go od napięcia górnego do dolnego w kierunku zgodnym z następstwem faz. Napięcie w fazie oznacza się zerem, a np. o kąt
oznacza się 6.

• Co oznaczają litery oraz liczba, tworzące symbol grupy połączeń transformatora trójfazo­wego?

Uzwojenia fazowe transformatorów trójfazowych mogą być łączone w gwiazdę, trójkąt lub zygzak. Połączenie w zygzak, pozwalające na symetryczne obciążanie transformatora, stosuje się tylko w uzwojeniu dolnym o niskim napięciu. Układ połączeń uzwojeń transformatora trójfazo­wego oznacza się symbolem dwuliterowym: pierwsza, duża litera dotyczy uzwojenia górnego, a druga, mała - dolnego; połączeniu w gwiazdę przypisa­no litery Y i y, w trójkąt — D i d, a w zygzak - z. Symbol układu połączeń i kąt godzinowy określają grupę połączeń transformatora.

• Jak wpływa budowa rdzenia transformatora trójfazowego na odkształcenie strumieni i na­pięć fazowych?

Jeśli obwód magnetyczny jest mocno nasycony, to przy sinusoidalnym przebiegu strumienia, prąd magnesujący zawiera wyraźnie wyższe harmoniczne, jeżeli zaś prąd magnesujący jest sinusoidalnie zmienny, to przebieg strumienia nie jest sinusoidalny.

Amplitudy poszczególnych harmonicznych zależą od stanu nasycenia i gatunku stali. Rdzeń może być wykonany jako masywny lub jako składany z cienkich blach, przy czym rdzeń masywny negatywnie wpływa na pracę transformatora, gdyż się silnie nagrzewa.

• Co oznacza. - w sensie poprawnej pracy - spełnienie poszczególnych warunków pracy rów­noległej transformatorów trójfazowych?

[PATRZ MAJEROWSKA 176/177/178]

-Nie płyną prądy wyrównawcze w uzwojeniach wtórnych w staniejałowym,

-obciążenie mocą pozorną rozkłada się proporcjonalnie do mocy znamionowych, przy tym całkowity prąd obciążenia jest algebraiczną sumą prądów obciążenia poszczególnych transformatorów (występuje zgodność fazowa tych prądów)

• Co zyskuje się stosując autotransformator zamiast transformatora dwuuzwojeniowego?

W autotransformatorze moc własna jest znacznie mniejsza od mocy przechodniej, tym samym wspólna część uzwojenia może być wykonana ze znacznie cieńszego drutu niż uzwojenia zwykłego transformatora dwuuzwojeniowego o mocy znamionowej równej mocy przechodniej autotransformatora. Autotransformator jest też znacznie mniejszy i lżejszy, ma również mniejsze straty i wyższą sprawność.

• Pod jakim względem zastąpienie transformatora dwuuzwojeniowego autotransformatorem jest niekorzystne?

Do wad autotransformatorów należy zaliczyć to, że zaburzenie powstałe w jednej sieci są natychmiast bezpośrednio przenoszone przez autotransformator do sieci drugiej - nie jest on elementem izolującym.

---