Fer Trafo 01
-
Upload
marija-schoeppl -
Category
Documents
-
view
280 -
download
7
description
Transcript of Fer Trafo 01
-
4.10.2011.
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAUNARSTVA
ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU
TRANSFORMATORITRANSFORMATORI
Prof. dr. sc. Zlatko Maljkovi
ELEKTROMEHANIKE I ELEKTRINE PRETVORBE ENERGIJE
TR.1 - Osnove, dijelovi, podjela, matematiki model, nadomjesna shema i fazorski dijagram
Ak. god. 2011/2012 Zagreb,
-
24.10.2011.
Sadraj 1.predavanja iz transformatora
Definicija transformatora
Dijelovi
Podjela
Magnetiziranje i gubici u eljezu
Teretni gubici i korisnost
Naponske jednadbe
Nadomjesna shema
Fazorski dijagram
Pad napona
Zakoni slinosti
-
34.10.2011.
Definicija transformatora
Transformatori su naprave koje na principu elektromagnetske indukcije pretvaraju izmjenini sustav napona i struja jednih veliina u druge iste frekvencije. Nemaju pokretnih dijelova to su statiki elektrini strojevi.
Obino imaju dva odvojena namota, primarni i sekundarni od kojih prvi prima elektrinu energiju iz generatora ili elektrine mree, induktivno je prenosi na sekundarni namot i predaje prikljuenom troilu ili mrei.
Mogu se upotrebljavati za povienje ili snienje napona.
-
44.10.2011.
Dijelovi transformatora
Transformator se sastoji od:
magnetske jezgre,
nienaponskog i vienaponskog namota kod dvonamotnog i tercijarnog namota kod tronamotnog transformatora,
konstrukcijskih dijelova.
Magnetska jezgra - danas, hladno valjani orijentirani magnetski lim debljine (0,18) 0,23 mm do 0,35 mm mali gubici u eljezu; u starim transformatorima toplo valjani lim s veim gubicima u eljezu.
-
54.10.2011.
Dijelovi transformatora
1. Kotao
2. Namoti
3. Magnetska jezgra
4. Konzervator
5. VN i NN prikljuci
Ovisno o vrsti izolacijsko i rashladno sredstvo moe biti ulje, zrak ili kruto sredstvo.
-
64.10.2011.
Dijelovi transformatora
-
74.10.2011.
Dijelovi velikog transformatora
-
84.10.2011.
Podjela transformatora
Energetski transformatori, transformatori snage, uinskitransformatori (Power transformer): Distribucijski - manjih snaga (Distribution transformer) Energetski, mreni srednjih i velikih snaga - veliki,
(Power transformer ) Generatorski - bloktransformator (Generator
transformer) Specijalni transformatori
Mjerni transformatori: Naponski Strujni Kombinirani
-
94.10.2011.
Distribucijski transformatori
-
104.10.2011.
Mreni transformatori
300 MVA , 400 / 115 / (10,5) kV
TS Melina , 400 / 220 / 110 kV
-
114.10.2011.
Generatorski transformatori (bloktransformatori)
150 MVA, 235 7,5% /14 kV
725 MVA, 410 +- 3% / 21 kV
-
124.10.2011.
Tipovi magnetskih jezgri
Jednofazni transformatori:
a) Jezgrasti-dvostupni(Core-type)
b) Oklopljeni (Shell-type)
c) Oklopljeni (4-stupni)
Trofazni transformatori:
d) Jezgrasti (trostupni)
e) Oklopljeni (5-stupni)
f) Oklopljeni (ameriki tip) hfJar=0,58hdJar
-
134.10.2011.
Krivulja magnetiziranja Struja magnetiziranja
transformatorskog lima izrazito raste pri veim indukcijama u limu, pa se obino transformator projektira da indukcija ne prelazi iznos od 1,8 T pri nazivnom naponu
Razlog izbora niih vrijednosti indukcije moe biti zahtjev za smanjenom bukom transformatora, no time se poveavaju dimenzije transformatora.
2
1,5
1
0,5
0
B (T)
10 20 30100 200 300
10000 20000 30000
1000 2000 3000
H (A/m)
-
144.10.2011.
Struja magnetiziranja (bez gubitaka u eljezu)
i
u
u
t 00 20 ms10 ms
10 ms
20 ms
t
i
-
154.10.2011.
Jalova snaga i gubici u praznom hodu
Zbog histereze struja magnetiziranja osim jalove ima i radnu komponentu struje
Gubici zbog vrtlonih struja u limovima obuhvaaju se proirenom petljom histereze tzv. dinamikom petljom histereze
Ukupni gubici u praznom hodu P0 ovise o naponu, odnosno indukciji i frekvenciji.
-
164.10.2011.
Jalova (reaktivna) snaga transformatora u praznom hodu Permeabilnost magnetske jezgre ovisi o radnoj toki i iznosi od
najvee nezasiene vrijednosti Fe=0,01 Vs/Am do minimalne Fe0=4
.10-7 Vs/Am (zasiena vrijednost)
Struja magnetiziranja
Dio struje magnetiziranja IFe moe se raunati iz karakteristika specifine potronje jalove snage po kilogramu mase lima Qj (za orijentirani lim oko 1,5 var/kg pri 1,5 T i 50 Hz).
Drugi dio struje magnetiziranja pokriva magnetski pad napona u rasporu - I vrijednost koju je teko egzaktno odrediti jer je zrani raspor teko odrediv.
Svi transformatori se ispituju u praznom hodu, tako da se struja praznog hoda mjeri, pa se i struja magnetiziranja najtonije odreuje mjerenjem.
-
174.10.2011.
Gubici u eljezu transformatora
Gubici u eljezu zbog histereze i zbog vrtlonih struja
Specifini ph i ukupni histereznigubici Ph ( = 2 3):
Specifini pw i ukupni gubici vrtlonih struja Pw :
Dodatni gubici u konstruktivnim dijelovima (kotao, oklopi oko izvoda, metalni drai i priteznicijezgre) nastaju zbog rasipnog toka
1
2
3
Gubici u Fe
Jalova snaga
P(W/kg)
Q(var/kg)
0 0,5 1 1,5
B (T)
Toplo valjani lim75
50
25
h hp k f B= h h FeP p m=
2 2 2w wp k f B d= w w FeP p m=
Limovi starih transformatora
-
184.10.2011.
Gubici u eljezu i jalova snaga za magnetiziranje tipinih orijentiranih limova pri uzbudi f = 50 Hz
0 0,5 1 1,5B (T)
2,5
2
1,5
1
0,5
P (W/kg) 90u odnosuna smjer valjanja
(M7)M6
M4M5
S
m
j
e
r
v
a
l
j
a
n
j
a
0 0,5 1 1,5 1,8B (T)
20
15
10
5
(M7)
(M7)
M5
M6
M4
M5
2
1,5
1
0,5
Q (var/kg)Limovi novih transformatora
-
194.10.2011.
Vrste namota
Koncentrini Ploasti (sendvi) Folijski (NN)
NN
NN
NN
NN
VN
VN
VN NN
-
204.10.2011.
Osnovni teretni gubici
Teretni gubici Pt (gubici zbog tereta) predstavljaju gubitke u namotima zbog protoka struje.
Osnovni teretni gubici (Joule-ovi pri istosmjernoj struji) su gubici I2R za namote, gdje je R otpor namota pri istosmjernoj struji raunat za normom definiranu radnu temperaturu namota.
Uz poznat otpor R1 pri temperaturi 1 moe se otpor namota R2 za bakrene vodie pri temperaturi 2 raunati prema formuli:
Za aluminijske vodie prethodna formula vrijedi stavljajui umjesto faktora 235 faktor 225.
22 1
1
235235
R R
+=
+
-
214.10.2011.
Dodatni teretni gubici
Dodatni teretni gubici su razlika mjerenih gubitaka izmjeninom strujom od raunatih prema izrazu I2R. Zbog izmjeninog polja u kojem se nalaze vodii teku vrtlone struje kroz vodie, pa se dogaa nejednolika raspodjela struje kroz presjek vodia i poveane gubitke.
Zbog nejednolike raspodjele magnetskog polja po radijalnoj irini namota (najvee polje je u namotima uz kanal izmeu dvaju koncentriranih namota) gubici zbog vrtlonih struja, pa onda i zagrijavanje najvee je u tim dijelovima namota.
U svrhu smanjenja tih dodatnih gubitaka presjek vodia okomit na magnetsko polje mora biti to manji, pa se namoti rade od dionih vodia relativno malog presjeka.
-
224.10.2011.
Transponirani (prepleteni) vodii
Kod velikih energetskih transformatora rade se posebne vrste namota radi smanjenja dodatnih gubitaka u namotu, npr. preloeni disk namot s transponiranim vodiima
-
234.10.2011.
Gubici i korisnost transformatora
Gubici u transformatoru se sastoje od gubitaka praznog hoda P0i teretnih gubitaka Pt.
Korisnost transformatora je omjer predane i primljene djelatne snage izraen u postocima:
Oznaava se najee s 4 znamenke, i dananji najvei transformatori postiu korisnost iznosa = 99,80%, to znai da su ukupni gubici samo 0,2% od prenesene snage.
[ ]0cos100 %cos
tS P PS
=
-
244.10.2011.
Ovisnost korisnosti o optereenju transformatora
Relativno optereenje :
Teretni gubici ovise samo o iznosu tereta:
Gubici praznog hoda ovise o naponu, odnosno o indukciji i frekvenciji:
Korisnost:
n
SS
=
2t tnP P=
0 f ( ) f ( , )P U B f= =
20cos
cosn tn
n
S P PS
=
-
254.10.2011.
Optimalna korisnost transformatora (1)
Maksimalnu korisnost u ovisnosti o optereenju dobit e se derivirajui izraz za korisnost i izjednaujui ga s nulom, pa se dobiva:
Optereenje pri kojem je korisnost najvea je:
Korisnost je optimalna kada su gubici praznog hoda i teretni gubici jednaki P0 = Pt.
Transformator s nazivnim teretnim gubicima jednakim gubicima praznog hoda imao bi maksimalnu korisnost kod punog tereta.
02 0tn
P P
=
0
tn
PP
=
-
264.10.2011.
No veinu vijeka trajanja transformator nee raditi punom nego smanjenom snagom. Uobiajena je izvedba transformatora s Ptndva do est puta veim od P0, to znai da je optimalna korisnost pri:
odnosno:
00
0
0,71 22 tnP
za P PP
= = =
00
0
0, 41 66 tnP
za P PP
= = =
Optimalna korisnost transformatora (2)
-
274.10.2011.
Postie se pri optereenju od 40% kod manjih do 70% kod najveih transformatora.
Optimalna korisnost:
Optimalna korisnost transformatora (3)
cos
cos
cos
cos
0
00
02
0max
n
tn
tntn
n
tn
n
tnn
SPP
PPPPS
PP
SPPS
=
=
cos
21 0max
n
tn
SPP
=
-
284.10.2011.
MATEMATIKI MODEL.Ope naponske jednadbe transformatora
Naponske jednadbe primarnog i sekundarnog namota 1 1 2
1 1 1 1 1 1 12
2 2 12 2 2 2 2 2 2 12
d d dd d d
d d dd d d
i iu R i R i L L
t t ti i
u R i R i R i L Lt t t
= + = +
= = + = +
Naponi i struje su trenutne vrijednosti
Otpori i induktiviteti su konstantni
U1R1
L1 L2Z
R2 U2
I 1 I 2
M
R1
L1
R2
L2
u1 u2
i1 i2
L12
R
-
294.10.2011.
Naponske jednadbe u simbolikom prikazu
Naponske jednadbe primarnog i sekundarnog kruga transformatora za stacionarno stanje (kad su naponi i struje sinusne veliine) u simbolikom prikazu:
Dodavanjem dvaju suprotnih lanova (jL12I1 i -jL12I1) u naponsku jednadbu primara i (jL12I2 i -jL12I2) u jednadbu sekundara dobije se:
11222222
21211111
ILjILjIRUILjILjIRU
+=
+=
( ) ( )1 1 1 1 12 1 12 1 2j jU R I L L I L I I = + + ( ) ( )2 2 2 2 12 2 12 1 2j jU R I L L I L I I = +
I1 R1 L1-L12 L2-L12 R2 I2
L12U1 U2
-
304.10.2011.
Nadomjesne sheme
Teorijski korektna nadomjesna shema je T/2-shema, no za transformatore sa eljeznom jezgrom dovoljno tona je i uobiajena T-shema
I1 R1 L1 (w1/w2)2L2 (w1/w2)2R2 (w2/w1)I2
(w1/w2)L12U1 (w1/w2)U2
T/2 - shema
I1 R1 L1 R2(L12/L2)2 I2 L2/L12
U1 U2L12/L2k2L1
T - shema
-
314.10.2011.
Pojednostavljena T - shema
U literaturi je uobiajen odabir koeficijenta
s kojim se dobivaju rasipne reaktancije primara i sekundara.
Dodavanjem otpora u poprenu granu R0 koji predstavlja nadomjesni otpor na kojoj se disipira snaga praznog hoda (gubici u eljezu) dobiva se sljedea nadomjesna shema:
2
1
w
wa =
U2w1/w2
I1 R1 L1-L12w1/w2 (w1/w2)2L2-L12w1/w2 (w1/w2)2R2 I2 w2/w1
X
1X 2R2X 2I
2U R0
I0I0r I
1U
-
324.10.2011.
Fazorski dijagram transformatora
2
1 I1I2
I1 jX1
I2 jX2I1 R1
I2 R2U2
U1 E
2
1 I1I2
I
I1 jXI1 R1
I2 R2U2
U1
E
uuk
I1 = I2I0 0
ur
Trokut kratkog spoja
i
I0I0r I
I0I0r
T/2 - shema T - shema
-
334.10.2011.
Pad napona u transformatoru
2 i
2
u
uk
u1
Kappov
dijagram
= S/Sn
u%= [ur% cos + u% sin + 0,005 (u% cos ur% sin)2]
ur= Ptn /Sn = Rk Sn /Un2
u2
ur
ur% = 100 ur
u%= 100 u
u= LSn /Un2
u= (uk2 - ur2)
u% = 100 u
uk= ZkSn /Un2
uk% = 100 uk
u = u1 - u2
-
344.10.2011.
Pad napona nazivno optereenog transformatora za razliite faktore snage za:
a) male, b) velike (mrene) transformatoreb)a)
6
4
2
0-2
-4
-6
0,60,40,20 0,8 0,6 0,4 0,20
u%
ur=2% u=6%
coskap. ind.
ur=0,2% u=12%
cos cos
12
-12
u%
coskap. ind.
-
354.10.2011.
Pad napona transformatora u ovisnosti o optereenju i karakteru optereenja
Napon sekundara raste s porastom kapacitivnogoptereenja, dok pada s porastom induktivnog optereenja (u odnosu na prazni hod)
cos0,20,8
0,8
0
0,9
0,9
1
u%
5
-5
0
ind.
kap.SSn
0,5 1
-
364.10.2011.
Zakoni slinosti
Slino graeni transformatori:
graeni od istih materijala,
ista specifina optereenja B(T), J(A/mm2),
geometrijski slino graeni.
Ako je X omjer linearnih izmjera
Povrina
Masa
Obujam
2' XA A=
3' Xm m=
3' XV V=
-
374.10.2011.
Snaga i korisnost slinih transformatora
Poveanjem linearnih dimenzija snaga se poveava bre od gubitaka
Korisnost:
j nS U I w I B A w J A = = =3
' Xg gP P=
4' XS S=
/ / 4 3/
/ 4
cos X cos Xcos X cos
n g n g
n n
S P S PS S
= =
/ 11 1X cos X
g
n
PS
= =
Gubici se mijenjaju kao i masa:
Snaga:
Korisnost veeg transformatora je vea
-
384.10.2011.
Glavni i rasipni tok i napon kratkog spoja
Glavni tok (kao poprena povrina jezgre):
Rasipni tok:
Induktivna komponenta napona kratkog spoja (kao rasipni induktivitet):
Djelatna komponenta napona kratkog spoja (kao djelatni otpor):
2' X =
n 0 npiA As rL I w DJ w J
w w l
= = =2 3
' X X XL I = =
% %' Xu u =
%%' X
r
r
uu =
Napon kratkog spoja uk% vei je kod veih transformatora
-
394.10.2011.
Sile na namote i dodatni gubici
Sile na namote najvee su u kratkom spoju, kad je struja definirana uglavnom rasipnim induktivitetom;
Akumulirana energija u rasipnom polju:
Sila na namote (derivacija energije po smjeru):
Dodatni gubici kao posljedica rasipnog toka rastu bre od teretnih gubitaka procjenjuju se s 5.potencijom od X.
23k
2K
KS
L IA L = =
3' XKS KSA A =
2' XKS KSF F=
Poveanjem linearnih dimenzija dodatni gubici rastu bre od osnovnih gubitaka