Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Jednofázový transformátor. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Jednofázový transformátor. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy."— Transkript prezentace:

1 Jednofázový transformátor

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*N 1 *f*  U i2 = 4,44*N 2 *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 železe R 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 železe R 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  fázor proudu leží ve 3. kvadrantu

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

19 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 3. Ztráty naprázdno -  P 0 =  P FE 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)

20 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 

21 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.

22 Transformátor nakrátko U Rk U Xk I k = I 1n UkUk XkXk RkRk  Lze měřit přímo transformátor nakrátko ? Nelze, transformátor by se zničil  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

23 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 %

24 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.

25 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)

26 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 U 21 U R21 U X21 UiUi I 21 I0I0 I FE II I1I1 U R1 U X1 U1U1 22 U R21 = R 21 * I 21, U X21 = jX 21 * I 21 U i = U 21 – (U R21 + jU X21 ) I FE = U i / R FE I  = U i / jX  I 1 = (I FE + jI  ) – I 21 U R1 = R 1 * I 2, U X1 = jX 1 * I 1 U 1 = U i + (U R1 + jU X1 ) 11 I 21 I 2 = 0 - I n

27 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

28 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

29 Výpočet transformátoru z náhradního schématu Vstupní hodnoty pro výpočet:S n, U 20, U 1n, Z, R FE, X , R k, X k, 1.Výpočet přepočteného výstupního napětí U 21 2.Výpočet přepočtené zátěže napětí Z 21 3.Výpočet výstupní proudu zátěže I 21 Do výpočtu se dosazuje proud I 21 záporný (spotřebitelský systém) podle náhradního schématu

30 I 21 UiUi U 21 U R21 U X21 II I0I0 I FE X1X1 R v1 X  21 R v21 XX  R FE Z 4.Výpočet úbytku napětí na výstupním vinutí – U v21 5.Výpočet indukovaného napětí U i 6.Výpočet příčných proudů I  a I FE

31 U1U1 I1I1 U R1 U X1 UiUi  I 21 X1X1 R v1 U 21 X  21 R v21 XX U R21 U X21 R FE II I0I0 I FE Z 7.Výpočet vstupního proudu I 1 8.Výpočet úbytku napětí na vstupní straně U v1 9.Výpočet vstupního napětí U 1 10.Výpočet vstupního a výstupního výkonu S 1 a S 2

32 Příklad výpočet transformátoru z náhradního schématu Příklad: Na základě předchozích příkladů vypočítejte vstupní parametry jednofázového transformátoru. S=500 VA, U=230/48V, i 0% =7%,  P 0 =14W, u k% =8%,  P k =36W, U 20 =49,5 V Zátěž: U 2 = 48 V, I 2 = 10 A, P 2 =400W, zátěž induktivní Výsledky: U 1 = (241, 57 – 2,87j) V I 1 = (1,85 - 1,33j) A S 1 = (451, ,19j) VA

33 Energetická bilance transformátoru Ztráty, které závisí na zatížení 1.Ztráty ve vstupním vinutí  P j1 = I 1 2 * R 1 2.Ztráty ve výstupním vinutí  P j2 = I 21 2 * R 21 Ztráty, nezávislé na zatížení 3.Ztráty v železe  P FE = I 0 2 * R FE Vyjádření ztrát jednofázového transformátoru pro vstupní proud I 1 Účinnost transformátoru: pro cos   1 platí Účinnost se pohybuje v rozsahu od 70% (malé transformátory) do 99% (velké transformátory).


Stáhnout ppt "Jednofázový transformátor. Zásady kreslení fázorových diagramů Obecné zásady pro kreslení fázorů: *označení fázorů:napětí proudu *výkon zdroje je vždy."

Podobné prezentace


Reklamy Google