Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Transformátory – E3A. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy záporný,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Transformátory – E3A. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy záporný,"— Transkript prezentace:

1 Transformátory – E3A

2 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 Û ÎGÎG ÎSÎS Z pohledu svorek je: *výkon zdroje záporný *výkon spotřebiče kladný Platí: P S = -P G

3 Zásady kreslení fázorových diagramů Û reálná osa imaginární osa PSPS PGPG I1I1 I2I2 I7I7 I8I8 I6I6 I5I5 I3I3 I4I4 I 1 -spotřebič, R I 2 -spotřebič, RL I 3 -spotřebič L I 3 -zdroj, C I 4 -zdroj, RC I 5 -zdroj, R I 6 -zdroj, RL I 7 -zdroj, L I 7 -spotřebič, C I 8 -spotřebič, RC

4 Konstrukce jednofázového transformátoru AMagnetický obvod *výkonové transformátory- vzájemně izolované transformátorové plechy *vf transformátory- magneticky měkké ferity BPrimární (vstupní) vinutí- měď, hliník (pro velké výkony) CSekundární (výstupní) vinutí- měď, hliník (pro velké výkony) DŠtítek transformátoru- vstupní a výstupní napětí, zdánlivý výkon EMechanické části konstrukce plášťový obě vinutí na prostředním sloupku, magnetický obvod obklopuje vinutí jádrový na každém sloupku je vinutí

5 Ukázky jednofázových transformátorů

6 Princip transformátoru Na jakém principu pracuje ? Na principu elektromagnetické indukce ?

7 Princip transformátoru U1U1  U2U2 I2I2 I1I1 U i1 U i2  1.Vstupním vinutím protéká střídavý proud I 1 2.V magnetickém obvodu se vytvoří střídavý magnetický tok -  3.Na první cívce se indukuje napětí U i1 ? 4.Indukční tok prochází druhou cívkou 5. Na druhé cívce se indukuje napětí U i2 ? 6.Na výstupním vinutí se objeví napětí U 2 7.Po připojení zátěže protéká proud I 2 (spotřebitelský systém) U i1 = 4,44*N1*f*  U i2 = 4,44*N2*f* 

8

9 Převod transformátoru - patří mezi základní parametry transformátoru Rozdělení podle převodu snižovací p > 1 oddělovací p = 1 zvyšovací p < 1 Při zanedbání ztrát platí: S 1 = S 2  U 1 *I 1 = U 2 *I 2

10 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 vinutíR v (  ) *rozptylová reaktance vstupního a výstupního vinutíX  (  ) respektuje magnetický tok, který se uzavírá mimo magnetický obvod -magnetický obvod – příčné parametry *magnetizační reaktanceX  (  ) respektuje konečnou magnetickou vodivost magnetického obvodu *odpor, který respektuje ztráty v železeR FE (  ) zahrnuje ztráty vířivými proudy a ztráty hysterézní

11 Ideální transformátor Předpoklady: vinutí – podélné parametry *činný odpor vstupního a výstupního vinutíR v = 0 *rozptylová reaktance vstupního a výstupního vinutíX  = 0 magnetický obvod – příčné parametry *magnetizační reaktanceX    *odpor, který respektuje ztráty v železeR FE   I1I1 I2I2 U2U2 U1U1 U i2 U i1  Toto zapojení nedává fyzikální smysl - PROČ U1U1 I1I1 I2I2 U2U2  U i1 U i2 X  

12 Ideální transformátor I 21 U 21 U1U1 I1I1  U i1 U i21 Dané náhradní schéma popírá Kirchhoffovy zákony … I 1  I 2, U i1  U i2 a U 1  U 2 (s výjimkou transformátoru s převodem 1). Proto je třeba přepočítat obecný transformátor na transformátor s p = 1 I2I2 U i2 U2U2

13 Fázorový diagram ideálního transformátoru U1U1 I1I1 I 21 U 21  U i1 U i21 U 1 = U i1 = U i21 = U 21 I1I1 I 21 Předpoklad – zátěž RL Úkol: Nakreslete fázorový digram pro R zátěž  ?

14 Transformátor naprázdno Jak definujeme chod naprázdno a jaké jsou výstupní veličiny ? U1U1 I 1 = I 0 I 21 = 0 U i = U 210 UiUi Výstupní svorky jsou rozpojeny, výstupním vinutím neprochází žádný proud  parametry, které se vztahují k výstupnímu vinutí, se neprojeví.  X1X1 R v1 R FE XX II I FE U 210 II I FE I 1 = I 0 U R1 U X1 U R1 U X1 U1U1 00

15 Transformátor naprázdno U1U1 I 1 = I 0 U 1 = U i = U 210 UiUi Proud naprázdno I 0 je v porovnání s jmenovitým proudem velmi malý  vliv podélných parametrů je zanedbatelný  s výjimkou nejmenších transformátorů lze podélné parametry zanedbat. II I FE U 210 II I FE I 1 = I 0 00 I 21 = 0  R FE XX

16 Rozbor transformátoru naprázdno 1.Proud naprázdno- I 0 jeho velikost je dána kvalitou magnetického obvodu a velikostí transformátoru *velmi malé transformátory (jednotky až desítky VA)I 0 = až 40% I n *malé transformátory (stovky VA)I 0  10 % I n *střední transformátory (desítky kVA)I 0  (4-6) % I n *velké transformátory (stovky kVA a více)I 0 < 1% I n 2.Účiník naprázdno- cos  0 u různých typů a velikostí transformátorů je značně rozdílný. Závisí především na ztrátách naprázdno (  P FE ) a velikosti proudu naprázdno (I 0 ). 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.

17 A)ztráty hysterézní-  P h 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 -  P 0 =  P FE

18 B)ztráty vířivými proudy-  P v jsou dány: elektrickým odporem magnetického obvodu Vířivé proudy vznikají při střídavém magnetování elektricky vodivých látek, proudy způsobují tepelné ztráty (  P z = ?) 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).  P FE =  P 0 =  p 50 * m FE (W, W/kg, kg) b)měřením naprázdno (wattmetr)

19 Transformátor nakrátko U1U1 I 1 = I k1 I 21k = -I k1 UiUi U 21 =0 U Rk U Xk 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. X1X1 R v1  X  21 R v21 I 1 = I k1 U1U1 XkXk RkRk 

20 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.

21 Transformátor nakrátko U Rk U Xk I k = I 1n UkUk XkXk RkRk  Lze měřit přímo transformátor nakrátko ? Měříme při sníženém napětí – napětí nakrátko U k. Je to napětí, při kterém prochází transformátorem jmenovitý proud. UkUk U Xk I 21k I 1n = I k kk U Rk

22 Rozbor transformátoru nakrátko 1.Procentní napětí nakrátko transformátoru- u k% patří mezi základní parametry transformátoru a jeho velikost lze určit výpočtem. 2.Procentní impedance nakrátko - z k% Velikost u k% *malé transformátory  10 % *střední transformátory (stovky kVA)(4 a 6) % *velké transformátory11 %

23 Rozbor transformátoru nakrátko 3.Zkratový proud transformátoru- I kz Čím je dána jeho velikost ? zejména impedancí transformátoru Z k. Při výpočtu předpokládáme lineární závislost napětí a proudu (nedojde k nasycení obvodu). 1. způsob 2. způsob I zk je j rozsahu (10 – 20) násobek jmenovité proudu  požadavek jištění.

24 Rozbor transformátoru nakrátko 4.Účiník nakrátko- cos  k jeho velikost je dána zejména podílem činné a jalové složky impedance transformátoru Z k. 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)-  P k =  P j jsou dány proudem a odporem vinutí. Ztráty lze vyjádřit pomocí Jouleova zákona  P j = R*I 2 Pro transformátor platí:  P k =  P j1 +  P j2 = R 1 *I R 21 *I 21 2 pro jmenovitý proud:  P kn =  P j1 +  P j2 = R k *I n1 2 Ztráty nakrátko lze určit měřením (wattmetr) nebo výpočtem Pro porovnání ztrát  P 0 /  P k = 1 /(2,4 – 4)

25 Transformátor při zatížení U1U1 I1I1 I 21 UiUi U 21 U R1 U X1 V jakém rozsahu lze měnit zatížení ? U R21 U X21 X1X1 R v1 X  21 R v21 XX  Z R FE II I0I0 I FE Û R21 = R 21 * Î 21, Û X21 = jX 21 * Î 21 Û i = Û 21 – (Û R21 + Û X21 ) Î FE = Û i / R FE Î  = Û i / jX  Î 1 = (Î FE + Î I  ) – Î 21 Û R1 = R 1 * Î 2, Û X1 = jX 1 * Î 1 Û 1 = Û i + (Û R1 + Û X1 )

26 Výpočet parametrů transformátoru 1. Příčné parametry-R FE, X  Vstupní hodnoty pro výpočet:S n, U 1n, i 0% (I 0 ), P 0 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

27 Výpočet parametrů transformátoru 2. Podélné parametry-R k, X k Vstupní hodnoty pro výpočet:S n, U 1n, u k% (z k%,U k ), P k 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

28 Provedení trojfázového transformátoru 1.Tři jednofázové transformátory Výhoda:nezávislý magnetický systém, jednodušší doprava Nevýhoda:velká spotřeba materiálu, cena Použití:transformátory největších výkonů

29 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

30 Vytvoření jádrového magnetického obvodu trojfázového transformátoru 3 samostatné transformátory, součet okamžitých hodnot toků na prostředním sloupku je nulový  sloupek lze odstranit.

31 průchodky – strana vn magnetický obvod vinutí vn nádoba transformátoru s olejem průchodky – strana nn zásobník oleje vinutí nn Konstrukce distribučního transformátoru

32

33 Ukázky trojfázových transformátorů

34 Regulace napětí na 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

35 Možnosti a provedení regulace 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

36

37 Připojení transformátoru naprázdno na síť 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 (I 0 = I , I Fe = 0) Připomenutí: *indukční tok potřebný k vytvoření magnetického pole je ve fázi s magnetizačním proudem *magnetizační proud (proud naprázdno) je zpožděn za napětím o *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 Protože nemůže dojít ke skokové změně proudu, vytvoří se stejnosměrná složka, která zvýší amplitudu proudu naprázdno  vznikne proudová ráz.

38 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 napětíprůběh střídavé složky indukčního toku

39 průběh napětí 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 střídavé složky indukčního toku průběh stejnosměrné složky indukčního toku

40 průběh napětíprůběh střídavé složky indukčního toku výsledný indukční tok 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 !

41 Magnetizační křivka Počáteční hodnota proudu naprázdno I 0max = (20 – 60)I 0n Absolutní hodnota je dána proudem jmenovitým naprázdno. Je-li i 0% = 10 %, je maximální proudový ráz I 0max = 6*I n  Pro jištění transformátoru se používají jističe s charakteristikou D  I0I0 I n0  n0  0max I 0max Velikost proudu naprázdno při připojení transformátoru k síti - mezní stav

42 Autotransformátor je transformátor, který má pouze jedno vinutí s odbočkou  vstupní a výstupní strana je galvanicky spojena. Rozdělení: -snižovací (U 1 > U 2 ) -zvyšovací (U 1 < U 2 ) -regulační (zpravidla U 2 = 0 – U 1 ) Část vinutí je společná pro vstupní a výstupní vinutí a vinutím N2 prochází rozdíl proudů I 1 – I 2 (menší průřez)  úsporný transformátor. Čím menší je rozdíl obou napětím, tím je úspora vyšší. Z I1I1 U2U2 U1U1 I2I2 N2N2 N1N1 Převod transformátoru ?

43 Z I1I1 U2U2 U1U1 I2I2 N2N2 N1N1 Autotransformátor Protože je část autotransformátoru společná pro vstupní a výstupní vinutí, liší se průchozí (vnější) - S p a typový (vnitřní) - S i výkon. Průchozí výkon Typový výkon ? ?

44 Z I1I1 U1U1 I2I2 N2N2 N1N1 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 U 2 ’ Pro I 2 =0 … U 2 ’ = U 1 Pro I 2 > 0 … U 2 < U 2 ’ < U 1 Použití autotransformátoru: *v soustavě vvn pro nejvyšší výkony, například 400/110 kV *regulační transformátory (při návrhu ochran je z pohledu bezpečnosti směrodatné napájecí napětí! ) ? ? U2U2 U2’U2’

45 Přístrojové transformátory napětí a proudu se používají ke snížení měřených veličin na hodnoty vhodné pro měřící přístroje a k napájení ochran. Přístrojové transformátory – transformátor napětí V a (m) L1L1 N N n A (M) U 2 =100 V U1U1 *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 U 1 a U 21 -  U *chyba napětí – poměrný rozdíl napětí U 1 a U 21 -  U

46 Přístrojový transformátor proudu ZK *nové označení svorek- vstup - P 1, P 2 - výstup - S 1, S 2 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 I1I1 A L1L1 N P 1 (K) I 2 =1(5) A P 2 (L) S 1 (k) S 2 (l) I 1 – vnucený proud *chyba úhlu - fázový posun mezi I 1 a I 21 *chyba proudu - poměrný rozdíl proudu I 1 a I 21 *nadproudé číslo- násobek jmenovitého vstupního proudu, při kterém dosáhne chyba proudu 10% *třída přesnosti- celkový vliv chyb na přesnost měření (%)

47 Tlumivky 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 (U x ) – úbytek napětí na tlumivce při jmenovitém proudu c)jmenovitý proud (I n ) d)jalový výkon (Q) e)indukčnost tlumivky (L) f)činné ztráty (P)

48 Charakteristika tlumivky UxUx I XLXL s plným jádrem s přerušovaným jádrem s plným jádrem s přerušovaným jádrem InIn Cívka s plným jádrem– vlivem nasycení se výrazně mění indukční reaktance Cívka s přerušovaným jádrem–do jmenovitého proudu zůstává indukční reaktance přibližně konstantní


Stáhnout ppt "Transformátory – E3A. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy záporný,"

Podobné prezentace


Reklamy Google