Transformatoare electrice speciale TRANSFORMATOARE ELECTRICE SPECIALE 1. TRANSFORMATOARE DE MASURA
In general exista doua feluri de transformatoare electrice de masura: A) - transformatoare de masura de curent (reductoare de curent); B) - transformatoare de masura de tensiune (reductoare de tensiune).) -
Din insasi denumirea lor rezulta ca acest tip de transformatoare electrice speciale sunt folosite in primul rand in cadrul circuitelor de masura (masurarea tensiunii, curentului, puterii, energiei) si apoi in cadrul circuitelor de protectie (de tensiune, de suprasarcina etc). A. Transformatoarele de curent se folosesc in cazul in care este
nevoie sa se masoare curenti mari. Astfel, infasurarea primara a transformatorului (reductorului) de curent este formata dintr-o singura spira sau cateva spire de sectiune mare (uneori chiar sub forma de bara) ce se leaga in serie cu circuitul al carui curent se masoara –figura3.74- iar secundarul acestuia este format dintr-un numar mai mare de spire de sectiune mica la bornele caruia se leaga bobinele aparatelor care au rezistentele ohmice foarte mici, de exemplu ampermetrele, bobinele de curent ale wattmetrelor, contoarelor, cosfimetrelor, ale releelor de curent etc. Pentru ca toate aceste bobine trebuie sa fie strabatute de acelasi curent din secundarul reductorului de curent rezulta ca ele se vor lega in serie intre ele , intregul lant conectandu-se la bornele k, l ale secundarului transformatorului. Pentru ca rezistentele ohmice ale acestor bobine sunt foarte mici, rezulta ca transformatorul de masura de curent lucreaza practic intr-un regim de scurtcircuit, tensiunea la bornele sale k, l fiind nula. Aceasta inseamna ca miezul transformatorului lucreaza la inductii mici (B=800 ¸ 1000 gausi) ceea ce conduce la concluzia concluzia ca si curentul de magnetizare magnetizare Iμ este foarte mic si poate fi neglijat. Din relatia solenatiilor solenatiilor la transformator (in conditiile Iμ » 0) se poate nota:
(3.237)
Totusi un curent de magnetizare al transformatorului de masura de curent exista, iar aceasta stare va conduce la o “eroare de curent” exprimata prin relatia:
(3.238) in care I1 este curentul din primarul reductorului, iar I 2 cel din secundarul acestuia. Pentru o precizie mai mare este necesar sa se ia in consideratie si eroarea de faza tinand seama de faptul ca curentul de magnetizare este defazat fata de curentii I 1 si I2 . Dupa erorile inregistrate reductoarele de curent se clasifica in urmatoarele clase de precizie: 0,2; 0,5;1si 3. Transformatoarele de masura de curent se executa pentru curenti primari cuprinsi intre valorile 5-…
15000A, in secundarul acestora insa curentul nominal este de 5 A ( in cazuri speciale poate fi 1 A sau 10 A). Astfel, putem avea reductoare de curent de 30/5 A; 100/5 A; 1500/5 A etc. Din punctul de vedere al tensiunii la care pot fi utilizati reductorii de curent acestia se clasifica in cei de joasa tensiune (0,5kV inclusiv) si cei de inalta tensiune (6kV, 35kV, 110kV etc). Asadar la un reductor de curent in afara raportului curentilor (200/5A; 400/5A etc) este necesar sa se specifice si tensiunea la care va lucra reductorul. Reductoarele de curent cu acelasi raport de transformare al curentilor dar cu tensiuni de functionare diferite se deosebesc mult in gabarit datorita izolatiilor specifice tensiunilor la care urmeaza sa lucreze. In afara de aceasta este necesar sa fie cunoscut ca reductoarele de curent de inalta tensiune sunt dotate, in mod obisnuit, cu doua secundare: unul cu clasa de precizie 3 pentru circuitele de protectie, realizandu-se in acest fel, in cadrul reductorului si o separare intre circuite de masura si de protectie pentru o instalatie electrica data. Notarea unui astfel de transformator se face astfel: 100/5/5A – 6kV, sau un alt exemplu: 400/5/5A – 35kV. Un amanunt important pentru exploatarea transformatoarelor de curent este acela ca infasurarea secundara a acestora trebuie obligatoriu racordata pe bobinele de curent ale aparatelor de masura sau/si de protectie, iar in lipsa acestora (cand aparatele se demonteaza, de exemplu, pentru verificari periodice de metrologie) ea trebuie legata in scurt. Cu alte cuvinte infasurarea secundara a reductoarelor de curent lucreaza numai in regim de scurtcircuit . La functionarea in gol a reductorului de curent inductia magnetica in miezul transformatorului creste foarte mult (de 14 ¸ 18 ori inductia la sarcina) ceea ce face sa creasca foarte mult pierderile in fier care la randul lor duc la supraincalzirea (efect Joule) fierului miezului magnetic si apoi la deteriorarea izolatiei infasurarii secundare a reductorului. In afara de acest aspect datorita inductiilor foarte mari, tensiunea indusa in infasurarea secundara este foarte mare (poate atinge cateva mii de volti la reductoarele de joasa tensiune) ceea ce devine un pericol pentru personalul de exploatare, dupa cum poate duce la strapungerea izolatiei dintre primarul si secundarul reductorului de curent sau dintre secundar si masa. Din aceleasi motive, in functionarea normala, pentru evitarea consecintelor unei eventuale strapungeri a izolatiei dintre primar si secundar, cand tensiunea din primar (eventual inalta tensiune 6kV sau 35kV etc) ar ajunge la bornele secundarului (deci la aparatele de masura de la panoul aparatelor) si ar constitui un real pericol pentru personalul de exploatare, o borna a secundarului reductorului de curent se leaga obligatoriu la pamant.
Ca incheiere este necesar sa se mentioneze ca si clestele ampermetric (clestele Ditz ) poate fi considerat tot un reductor de curent al carui circuit magnetic poate fi insa „sectionat” pentru a inlantui apoi o faza a unui consumator (faza in acest fel va juca rolul primarului reductorului de curent) pentru citirea curentului de sarcina pe faza consumatorului dat .Acest tip de reductor de curent mobil este foarte comod pentru masurarea curentilor pe diverse circuite ale receptoarilor fara a fi necesara intreruperea alimentarii acestora in vederea racordari (montari) reductorului asa cum se procedeaza cu reductoarele obisnuite. Eroarea acestui tip de reductor de curent este insa destul de mare (clestele ampermetric este incadrat in mod obisnuit in clasa de precizie 5). B. Transformatoarele de masura de tensiune se folosesc in general pentru masurarea unor
tensiuni foarte mari ce nu pot fi masurate direct cu aparatele de masura. Sunt deci reductoare de tensiune, la bornele secundare racordandu-se bobinele de tensiune ale aparatelor de masura si ale releelor de protectie. Si pentru ca toate aceste bobine trebuie sa preia aceeasi tensiune (anume tensiunea de la bornele secundare ale reductorului de tensiune) rezulta ca bobinele se vor racorda intre ele in paralel , asa cum se arata in figura 3.75. Primarul reductorului de tensiune se racordeaza in paralel cu reteaua a carei tensiune este masurata, iar la bornele secundare se leaga aparatele de masura si releele de protectie (bobinele lor de tensiune).Deoarece bobinele de tensiune au rezistenta ohmica mare, rezulta ca secundarul reductorului de tensiune functioneaza in mod obisnuit intr-un regim apropiat de cel de mers in gol. De aceea miezul magnetic al reductorului de tensiune se executa dintr-un fier de calitate superioara care se satureaza putin (B≤6000÷8000 gaussi).
Dupa valoarea erorii transformatoarele de masura de tensiune se clasifica in urmatoarele clase de precizie: 0.2; 0.5; 1; 3.Specific pentru reductoarele de tensiune este raportul de transformare al tensiunilor, cunoscand faptul ca tensiunea nominala din secundarul sau este 100V. In acest fel, specificatia pentru transformatoarele de masura de tensiune va cuprinde raportul tensiunilor, de exemplu: 6/0,1kV; 35/0,1kV; 110/0,1kV; etc. Din aceleasi considerente ca si la reductorii de curent, una din bornele secundarului reductorului de tensiune se leaga la pamant. Transformatoarele de masura de tensiune por fi monofazate sau trifazate.
2. Autotransformatorul Autotransformatorul este acel transformator ce poseda o singura infasurare, dar a carui o parte apartine atat primarului cat si secundarului, fig. 3.76. Sa luam in considerare un autotransformator coborator de tensiune: in acest caz tensiunea primara U 1 se aplica la bornele AB , iar ca infasurarea secundara va servi portiunea AC din infasurarea autotransformatorul. Mersul in gol (I 2 =0) al autotransformatorul nu se deosebeste cu nimic de acela al unui transformator electric obisnuit. Deoarece tensiunea primara se repartizeaza uniform pe toate spirele infasurarile autotransformatorul, atunci pentru tensiunea secundara a acestuia se poate nota:
(3.239) in care k reprezinta ca si la transformatorul obisnuit raportul de transformare. Trebuie remarcat faptul ca daca vom aplica tensiunea primara la bornele AC atunci se obtine un autotransformator ridicator de tensiune deoarece in acest caz se poate nota: si
k>1
(3.240) Analiza regimului de sarcina la autotransformator este mai diferita decat aceea de la transformatorul obisnuit. Astfel, in acest regim vom avea in primar un curent I1, iar in secundar un curent I 2 . Daca infasurarile primara si secundara ar fi separate ca la un transformator obisnuit, atunci neglijand curentul de magnetizare, din relatia solenatiilor pentru transformator se poate nota:
din care rezulta: .
(3.241)
Din analiza schemei autotransformatorului (fig. 3.76.) se constata ca curentul I 1 circula numai pe portiunea CB a infasurarii autotransformatorului, iar curentul I 2 ca atare nu exista deloc in infasurarea autotransformatorului deoarece in partea comuna a infasurarii circula de fapt curentul I AC care reprezinta suma fazorilor
si
. Din (3.241) avem:
, respectiv:
.
(3.242)
cu alte cuvinte in partea comuna a infasurarii (AC) circula un curent 100 din valoarea curentului sarcina.
care reprezinta numai procentul
daca s-ar fi folosit un transformator obisnuit incarcat la aceeasi
Sa comparam in continuare unii parametri principali ai autotransformatorului (pe care ii vom nota cu indicele „a”) cu cei ai unui transformator obisnuit (pe care ii vom nota cu indicele „t”). Astfel, pentru compararea rezistentelor ohmice se vor compara pierderile in cuprul transformatorului si autotransformatorului, avem: - la transformator ;
(3.243)
- la autotransformator 1) pe portiunea CB
si deci
;
(3.244)
2) pe portiunea AC circula un curent I AC
, iar
.
(3.245)
Din analiza relatiilor (3.244) si (3.245) rezulta ca din punctul de vedere al rezistentelor ohmice ale infasurarilor, un autotransformator poate fi privit ca un transformator obisnuit ale carui rezistente ohmice pentru ambele infasurari sunt micsorate fiecare cu (1-1/k) ori. De aici, evident si pentru rezistentele globale (Kapp) se poate nota:
.
(3.245a)
Aceasta se observa si din schema figurii – 3.76: portiunea CB a autotransformatorului (in care circula curentul I1 ca si in primarul transformatorului obisnuit) are aceeasi sectiune cu cea de la transformatorul obisnuit, dar lungimea sa este de ori mai mica decat la transformatorul obisnuit. Pe de alta parte, portiunea AC de la autotransformator are intr-adevar aceeasi lungime ca la un transformator obisnuit, in schimb sectiunea sa este de
ori mai mica decat a infasurarii transformatorului echivalent.
Pentru reactanta Kapp a autotransformatorului se poate trage aceeasi concluzie (in acelasi mod).
.
(3.246)
Din relatiile (3.245a) si (3.246) rezulta ca pentru: - pierderile din cupru se pot nota
;
(3.247)
- tensiunea de scurtcircuit se poate de asemenea nota:
;
(3.248)
Din (3.247), respectiv din (3.248) rezulta ca pierderile in cupru ale autotransformatorului si greutatea acestuia va fi cu atat mai mica cu cat k va fi mai aproape de valoarea 1. Ele tind catre valori minime cand k 1. Pentru k=1 pierderile P cua ar fi nule, dar de fapt in acest caz nu mai avem o transformare a energiei electromagnetice deoarece punctul C ar coincide cu punctul B (fig. 3.76) si intreaga energie din „primarul” autotransformatorului s-ar transmite direct in „secundarul” acestuia (este de fapt o legatura directa intre sursa si bornele secundare ale autotransformatorului). →
In alta privinta trebuie sa se remarce ca din toata puterea aplicata autotransformatorului S 1 =U 1 I1 :
a) o parte se transmite in secundarul sau prin campul electromagnetic portiunii CB a infasurarii:
(3.249) b) restul puterii se transmite pe calea electrica (adica direct fara intermediul campului electromagnetic) tinand seama ca intre primarul si secundarul autotransformatorului exista legatura galvanica in punctul A: .
(3.250)
Din punct de vedere constructiv autotransformatoarele pot fi fixe (nereglabile) sau reglabile (regulatoare de tensiune sau variacuri), monofazate sau trifazate. Autotransformatoarele se utilizeaza la pornirea motoarelor de curent alternativ, la reglarea vitezei motoarelor de curent alternativ, ca divizori de tensiune, ca ridicatori sau coboratori de tensiune in cadrul sistemelor electromagnetice de transport a energiei electromagnetice. 3. TRANSFORMATOARE DE SUDURA
Pentru activitatea de sudare electrica , in general, se folosesc doua tipuri de utilaje electrice: - generatoare electrice de sudura de curent continuu sub forma unui grup de masini rotative;acest tip de instalatie de sudura are avantajul unei stabilitati mai mari a arcului electric si a posibilitatii de concentrare mai mare a calduri la unul din electrozi, in schimb are dezavantajul ca este necesar un grup format din doua masini; - transformatoare de sudare la curent alternativ , care sunt, in general, de doua tipuri; cu arc electric si transformatoare de sudura prin puncte . In cele ce urmeaza se vor trata transformatoarele de sudura cu arc. Conditiile principale pentru functionarea transformatorului prin sudare sunt: a)tensiunea de mers in gol suficient de mare (30-70)V pentru a se putea realiza amorsarea arcului electric; b) caracteristica externa U=f(I) sa fie rapid cazatoare. Pentru a realiza prima conditie se dimensioneaza corespunzator infasurarile primare si secundare ale transformatorului in ceea ce priveste raportul de transformare, iar pentru a realiza cea de a doua conditie, proiectarea se face pentru o tensiune de scurtcircuit mare U sc>50% si raportul curentilor Isc /I N<2. Marirea tensiunii de scurtcircuit se poate realiza prin marirea corespunzatoare a impedantei de scurtcircuit:
(care este de fapt impedanta Kapp a transformatorului). Pentru a mari Zsc este rational sa se mareasca reactanta de scurtcircuit (Kapp) X sc (pentru ca prin marirea lui R sc se obtin pierderi prin efect Joule mari) desi aceasta duce la o inrautatire importanta a factorului de putere la care lucreaza transformatorul in timpul sudarii (cosφ obisnuit in timpul sudarii este circa 0,4).
Din cele anterioare rezulta necesitatea maririi inductivitatii circuitului secundar al transformatorului, iar clasificarea transformatoarelor de sudura se poate face dupa metoda folosita in scopul maririi acestei inductivitati: - transformatoare pentru sudare cu bobina reglabila in circuitul secundar; - transformatoare pentru sudare cu inductivitate reglabila in secundar; - transformatoare pentru sudare cu sunt magnetic. 1) - Primul tip de transformator de sudura este de fapt un transformator monofazat in secundarul caruia, in serie cu el, se leaga o bobina de reactanta, care poseda mai multe ploturi pentru reglarea reactantei sale – figura 3.77. Este necesar sa fie remarcat ca fluxul produs de curentul secundar prin miezul bobinei auxiliare L2 nu se inlantuie si cu infasurarea primara a transformatorului, de aceea inductivitatea acestei bobine poate fi considerata ca o inductivitate de dispersie. In acest fel reactanta de scurtcircuit a transformatorului poate fi marita sau micsorata in functie de pozitia manetei A pe ploturile bobinei auxiliare (fig. 3.77). La mersul in gol, I 2 fiind nul, bobina auxiliara nu influenteaza cu nimic asupra tensiunii de mers in gol, care se determina cunoscand raportul de transformare k al transformatorului .
(3.252)
In acest fel, schema echivalenta simplificata pentru transformatorul de sudura poate fi prezentata ca in figura 3.78, in care este reactanta; este rezistenta (raportate) a arcului electric, iar este tensiunea (raportata) intre electrodul de sudura si masa in timpul sudarii (caderea de tensiune pe arcul electric).Impedanta de sarcina a transformatorului este: . In schema echivalenta din figura 3.78 toate marimile sunt considerate a fi sinusoidale (sunt exprimate fazorial) desi arcul electric este un element de circuit neliniar si deci marimile electrice nu ar putea fi considerate ca fiind sinusoidale. Totusi experimental s-a constatat ca operand cu aceasta aproximatie nu se introduc erori inadmisibile. Din schema echivalenta rezulta imediat:
(3.253)
in care s-a notat: ; Cum insa: si
relatia (19.21) poate fi transcrisa sub forma:`
(3.254)
Pe de alta parte insa R sc<< X sc si cu atat mai mult R sc<<(Xsc+
), atunci (3.254) devine:
sau in modul in care s-a notat
(3.255)
. Din 3.255 rezulta:
(3.256)
Relatia (3.256) defineste de fapt caracteristica externa a transformatorului de sudura U s=f(I2 ) reprezentata grafic in figura 3.79. Deoarece in general X a>>I sc rezulta imediat ca aceasta caracteristica va fi intr-adevar puternic cazatoare. Tot din relatia (19.24), daca se considera U a ≈0, rezulta:
(3.257) din care rezulta ca variatia curentului de sudura este posibila prin variatia reactantei bobinei auxiliare X a. In acest scop este prevazuta bobina auxiliara cu mai multe ploturi. Pe de alta parte pentru a elimina posibilitatea saturarii miezului magnetic al bobinei auxiliare si deci pentru a elimina cat mai mult posibil deformarea curbei curentului si a tensiuni, acest miez se executa cu un intrefier mare (3.77). 2) - Transformatorului de sudura cu inductivitatea secundara reglabila - este prezentat schematic in figura 3.80. Si in acest caz
inductivitatea (bobina) auxiliara este legata in serie cu infasurarea secundara a transformatorului, numai ca reglajul caracteristici externe se poate face continuu (intre anumite limite) prin reglajul continuu al reactantei X a cu ajutorul miezului A (fig. 3.80), marindu-se sau micsoranduse in acest fel intrefierului din circuitul magnetic al bobinei auxiliare . Acest sistem are insa unele dezavantaje: nu se poate fixa perfect miezul mobil A intr-o pozitie necesara, in timpul functionarii pot aparea unele modificari ale intrefierului ceea ce duce la modificare curentului pentru sudare si deci la instabilitatea procesului de sudura. De asemenea apar vibratii si zgomot uneori suparatoare. 3) - Transformatorul de sudura cu sunt magnetic – se prezinta schematic ca in figura 3.81. Suntul magnetic S poate fi rotit in jurul unei axe sau deplasat sistem sertar (perpendicular pe planul desenului). In acest fel variaza reluctanta magnetica pentru conturul magnetic ce se inchide prin sunt, iar in acest fel un flux magnetic mai mare sau mai mic
(produs de infasurarea transformatorului) se va inlantui si cu bobina auxiliara X a, ceea ce va duce evident la modificare inductivitatii,respectiv a reactantei sale. In continuare fenomenele sunt similare ca in cazul transformatorului cu bobine reglabila. La unele tipuri constructive pozitia infasurarilor primare si secundare este diferita decat cea prezentata in figura 3.81 (secundarul se monteaza in partea superioara a circuitului magnetic), iar la alte tipuri infasurarea secundara nici nu se monteaza utilizandu-se doar bobina auxiliara X a cu posibilitatea de reglaj a inductivitatii sale. In sfarsit, la alte tipuri constructive, pentru a mari posibilitatea de reglaj, in afara de sunt magnetic, bobina auxiliara mai poseda mai multe ploturi pe care se poate deplasa un contact mobil. 4.ALTE TIPURI DE TRANSFORMATOARE SPECIALE
In activitatea inginereasca se mai utilizeaza inca multe alte tipuri de transformatore speciale printre care unele vor fi mentionate in continuare.
1.Transformatore de protectie sunt in mod obisnuit transformatore de puteri mici (mai mici de 1kVA, uneori chiar de cateva sute de VA) monofazate sau trifazate ce realizeaza coborarea tensiuni de la 500 ¸ 380-220V la tensiuni nepericuloase de 24V sau 12V pentru alimentarea lampilor portative, iluminatul local la masinile unelte, in unele sectoare ale industriei miniere etc. Transformatoarele de protectie nu pot fi niciodata de tip autotransformator din cauza legaturii galvanice ce exista intre primarul si secundarul autotransformatorul si care diminueaza efectul protectiei la acest tip de transformator. De asemenea, din aceleasi motive, la transformatorul de protectie infasurarile primare si secundare nu se monteaza niciodata suprapuse, ci pe coloane magnetice diferite, miezul de fier al transformatorului fiind conectat la o priza de pamant in timpul functionarii (in cazul deteriorarii izolatiei unei infasurari sa nu existe posibilitatea ca tensiunea din primar sa ajunga in circuitul secundar al transformatorului). 2 Transformatoare de separatie - sunt tot un tip de transformatore de protectie monofazate sau
trifazate (de puteri mici <10kVA), la care raportul de transformare este k=1 (adica, de exemplu, 380/380V sau 220/220V). Rolul lor principal este de a „separa” receptorul electric de sursa de alimentare, in asa fel incat intre receptor si sursa sa nu existe nici o legatura galvanica, transportul energiei facandu-se prin intermediul campului electromagnetic. Aceste transformatore se folosesc mai ales pentru alimentarea receptoarelor electrice mobile de tipul: bormasina electrica, polizoare mobile, masini de slefuit mozaic etc, in scopul asigurarii protectiei impotriva electrocutarii, avand in vedere ca la acest tip de electroutilaje o buna punere la pamant este in general destul de greu de realizat. Pentru aceasta insa, fiecare in parte din aceste electroutilaje trebuie sa posede
propriul sau transformator de separatie, care se monteaza in general in imediata apropiere a sursei de alimentare. Ideea protectiei impotriva electrocutarii cu ajutorul transformatorului de separatie se poate explica ajutorul cu ajutorul schemei din figura 3.82. Electrocutarea unui om se produce cand prin corpul sau se inchide un circuit al curentului (se produce un anumit interval de timp o circulatie a unui curent de o anumita valoare), ori pentru aceasta este nevoie de un circuit inchis intre locul defectul (electroutilajul manevrat de om) si sursa de alimentare. Transformatorul de separatie (de aici si denumirea sa) realizeaza tocmai aceasta „separatie” intre locul posibil al defectului (electroutilajul cu diferitele parti metalice) si sursa de alimentare. In acest fel daca se produce deteriorarii izolatiei infasurarilor electroutilajului aflate sub tensiune si care este manuit de om, inchiderea circuitului la sursa nu este posibila. Ca si la transformatorul de protectie, in acest caz de asemenea infasurarile primare si secundare se monteaza pe coloane magnetice diferite. Tot acum se explica si faptul de ce este necesar ca transformatorul de separatie sa fie montat in apropierea sursei si nu in apropierea electroutilajului. O montare inversa este periculoasa in cazul defectiuni de la electroutilajului si primarul transformatorului (miezul transformatorului trebuie legat la pamant|). De asemenea, daca un transformator trifazat de separatie, alimenteaza simultan doua electroutilaje atunci printr-o defectiune pe o faza la un electroutilaj si o defectiune pe o alta faza la cel de al doilea electroutilaj este posibila o inchidere al circuitului de electrocutare si deci provocare accidentului. Acesta era motivul pentru care s-a specificat ca transformatorul de separatie nu poate alimenta decat un singur receptor. 3. Transformatoare cu trei infasurari. Uneori o retea alimenteaza alte doua retele cu tensiuni
diferite iar in acest caz ar trebui sa fie utilizate doua transformatore: unul pentru transformarea U 1 U 2 si altul pentru transformarea U 1 U 3 . Pentru economii (si acestea pot fi importante) se foloseste un transformator cu trei infasurari: una primara si doua secundara (in principiu pot fi n infasurari secundare) astfel incat vom avea doua rapoarte de transformare →
si
(3.258)
In cazul transformatorului cu trei infasurari apar complicatii datorita faptului ca fiecare din cele trei infasurari se gaseste sub influenta celorlalte doua, adica de fapt sunt trei cuplaje electromagnetice care in schema echivalente se vor inlocui cu legaturi galvanice corespunzatoare. Dar si in acest caz se face raportarea marimilor din cele doua secundare la primar, studiul acestui tip de transformator bazandu-se in general pe aceleasi principii ca si la transformatorul electric obisnuit. 4.Transformatoare pentru redresoare au o problema deosebita in aceea ca fazele lor nu se
incarca simultan. De aceea pentru a evita pe cat posibil efectele daunatoare ale acestor conditii de functionare, secundarul transformatorului se leaga in montaj zig-zag. In cazul redresoarelor hexafazate conexiunea secundarului transformatorului se alege in montaj dublu zig-zag sau in stea /dubla stea inversata cu „iesirile” corespunzatoare. Celelalte elemente constructive ale acestui tip de transformator special sunt similare cu cele al unui transformator obisnuit. 5. MONTAJUL „IN V” AL TRANSFORMATOARELOR DE MASURA
Sa consideram un transformator trifazat obisnuit al carui secundar montat in triunghi, alimenteaza un receptor trifazat echilibrat de impedanta Z montat in stea. In secundarul transformatorului se produce un accident: una dintre faze (de exemplu faza BC) este intrerupta asa cum se arata (punctat) in figura 3.83a. Din schema prezentata se constata usor ca in cazul avariei produse sistemul electric este un sistem cu doua tensiuni electromotoare E ab si Eca decalate intre ele cu 2π/3 rad asa cum se arata in diagrama fazoriala din figura 3.83b.
De asemenea este evident faptul ca in modul cele doua tensiuni sunt egale .
(3.259)
Pe de alta parte, din figura 3.83b se poate constata ca: Fig. 3.83 Explicativa la montajul in V al transformatoarelor
(3.260)
iar din conditia diagramei fazoriale rezulta: , fiind de asemenea defazat cu 2π/3 rad fata de
(3.261)
si respectiv
.
Asadar, se pare ca sistemul, in starea de defectiune mentionata, se manifesta totusi ca un sistem trifazat simetric (ca si cum deci n-ar exista nici o defectiune in sistem). Pentru a demonstra ipoteza admisa este necesar sa se arate ca curentii de la consumator , , formeaza un sistem trifazat simetric de curenti. Intr-adevar aplicand teoremele lui Kirchhoff rezulta: - pentru nodul 0 ; - pentru conturul inchis AA ’ B ’ BA ;
(3.262)
- pentru conturul inchis . Pentru sistemul (3.256) rezulta:
; Observand faptul ca
;
.
(3.263)
si ca este defazat cu 30 o in raport cu (sau in raport cu diagrama fazoriala din figura -3.83b, rezulta: .
), tinand seama de (3.261) si de
(3.264)
De asemenea notand: ,
(3.265) se observa ca nota:
este defazat cu 30 o in raport cu
.
si deci se poate
(3.266)
In mod similar notand: .
(3.267)
Se ajunge la concluzia ca exista relatia: . Asadar, tensiunile
(3.268) sunt egale in modul:
si defazate intre ele cu 2π/3 rad (ceea ce se observa din constructia diagramei fazoriale) formand astfel un
sistem trifazat simetric de tensiuni. De aici rezulta, ca sistemul curentilor din (3.265), ce poate fi transcris sub forma
;
;
,
(3.269)
formeaza un sistem trifazat simetric de curenti tinand seama ca in modul cei trei curenti sunt egali:
.
(3.270)
Din cele anterioare reiese concluzia: cu toata defectiunea admisa, tensiunile si curentii la receptor raman neschimbati, deci si puterea absorbita de receptorii racordati nu se modifica. Concluzia acestui „defect” se foloseste in practica inginereasca la montajul transformatorilor de masura de tensiune care alimenteaza aparate de masura si de protectie (bobinele de tensiune ale acestor aparate). Astfel, in loc sa se utilizeze trei transformatore de masura monofazate de tensiune, se pot folosi (cu aceleasi rezultate pentru receptor) doua transformatoare de masura monofazate ce se racordeaza ca in schema din figura 3.84, care este principial identica cu cea din figura 3.83a. Acest lucru este posibil pentru ca, asa cum s-a aratat, la bornele secundare ale acestor transformatoare de masura de tensiune se obtine un sistem trifazat simetric de tensiune. Conectarea transformatoarelor de masura de tensiune dupa schema din figura 3.84 se denumeste „montajul in V” pentru ca aceasta schema seamana cu litera V. Singura
observatie mai deosebita fata de o schema trifazata obisnuita (cu un transformator trifazat sau trei transformatoare monofazate) este cea legata de puterile debitate. Astfel, referindu-ne la schema din figura 3.83a si diagrama fazoriala din figura 3.83b rezulta: , respectiv , dar avand in vedere ca unghiul este obtuz ( este defazat, de exemplu in urma tensiunii cu un unghi oarecare φ daca este rezistiv-inductiva) rezulta ca puterea activa P ab este negativa. Deci faza AC (fig.3.83a) furnizeaza puterea activa, pe cand faza AB primeste puterea activa.
