CAPITOLUL I : TRANSFORMATORUL ELECTRIC

1. Explicati de ce o mare parte din transformatoarele de putere sunt utilizate in trasportul si distributia energiei electrice. Cea mai mare parte a transformatoarelor de putere sunt utilizate n transportul i distribuia energiei electrice, cunoscut fiind faptul c este mult mai economic transportul energiei electrice la distane mari sub o tensiune ct mai ridicat i curent ct mai redus i innd seama i de necesitile consumatorilor.

2. Care este deosebirea dintre transformatoarele in coloana si cele in manta?

La transformatoarele n coloan, seciunile transversale ale coloanelor se realizeaz sub o form ct mai apropiat de cea circular. Astfel, la transformatoarele de puteri mai mici, se utilizeaz forma ptrat i n cruce, iar la transformatoarele de puteri mari i foarte mari numrul treptelor crete.

3. Care este deosebirea dintre transformatoarele cu infasurari concentrice si cele in galeti?

La nfurrile cilindrice concentrice,cele dou nfurri sunt aezate suprapus pe aceeai coloan formnd deci doi cilindri coaxiali cu nlimea ceva mai mic dect nlimea ferestrei miezului transformatorului.De regul,lng miez se aeaz nfurarea de joas tensiune,iar in exterior cea de tensiune nalt.La nfurrile n galei, poriuni din bobinele de tensiune nalt alterneaz n direcie axial cu poriuni din nfurarea de tensiune joas.

4. De ce circuitul magnetic al transformatorului se realizeaza din tole? Circuitul magnetic al transformatorului este realizat din tole subiri (0,3; 0,35 sau 0,5 mm) din oel electrotehnic, care este un oel srac n carbon, aliat cu siliciu (25%), izolate ntre ele cu hrtie, lacuri, oxizi sau straturi ceramice pentru reducerea pierderilor prin cureni turbionari

5. Care din infasurarile transformatorului (primare sau secundare) sunt infasurarile de inalta tensiune, respective joasa tensiune?

In cazul in care transformatorul este ridicator de tensiune,atunci infasurarea primara este de joasa tensiune,iar cea secundara de inalta tensiune.In cazul unui transformator coborator de tensiune,invers.

6. Care este rolul culvei transformatorului respective al consevatorului de ulei?

La puteri ce depesc 40 50 KVA se utilizeaz transformatoare cu rcire n ulei,corpul transformatorului fiind introdus ntr-o cuv metalic umplut cu ulei de transformator. Uleiul de transformator constituie un mediu de rcire superior aerului. Pentru a-i pstra calitile,uleiul trebuie ferit de ap i de aer,obiectiv care se realizeaz prin utilizarea unui vas de expansiune numit conservator de ulei, amplasat deasupra cuvei transformatorului i care comunic,printr-o conduct de legtur,cu partea superioar a cuvei pline cu ulei. Conservatorul,umplut parial cu ulei permite dilatarea uleiului din cuv, reducnd totodat suprafaa de contact cu aerul a acestuia.

1

7. Care este rolul releului de gaze?

Pentru protecia transformatoarelor de putere mpotriva defeciunilor interioare pe conducta de legtur dintre cuva transformatorului i conservatorul de ulei se monteaz un releu de gaze, denumit releu Bucholz.

8. Pe schema din figura trececi marimile electrice si mag in locul numurelor si sensurilor corecte corespunzatoare acestora

1-tensiunea la bornele primare/secundare 2-curentul din primar/secundar ; 3-tensiunea electromotoare la bornele primare/secundare; 4-fluxul fascicular de dispersie produs de B1/B2; 5-fluxul util fascicular de dispersie produs de B1/B2.

9. Definiti raportul de transformare al transformatorului si clasificati transformatoarele

elescrice dupa valorile acesruia. 2

1

max2

max1

2

1

44,444,4

NN

fNfN

UUk

u

u

e

eu

n care: ku este raportul

tensiunilor la borne i este denumit raportul de transformare al transformatorului. Raportul de transformare este egal cu raportul numerelor de spire ale nfurrilor.

Transformatoarele se mpart n:

- transformatoare cobortoare de tensiune, ku>1, (Ue1>Ue2); - transformatoare ridictoare de tensiune, ku

11. Ce reprezinta relatiile:

Relatiile reprezinta modelul matematic al transformatorului monofazat in regim permanent sinusoidal.

1eU si 2eU - reprezinta imaginile n complex simplificat ale tensiunilor electromotoare induse n cele dou nfurri de fluxul rezultant; U1 si U2 reprezinta imaginile in complex simplificat ale tensiunilor la bornele primare si secundare;

I1 si I2 - reprezinta imaginile in complex simplificat ale curentilor la bornele primare si secundare;

si 21Lj -sunt reactantele de dispersie ale celor 2 infasurari; R1 si R2 - reprezinta rezistentele infasurarii primare si secundare.

12. Construiti schema echivalenta si diagrama fazoriala a tens si curentilor.

3

13. Caracterizati regimul de mers in gol al transforatorului electric si precizati care este scopul acestei incercari:

Este regimul ce se caracterizeaz prin absena impedanei de sarcin Z2 la bornele nfurrii secundare (Z2) n condiiile n care nfurarea primar este alimentat de la o surs de tensiune alternativ sinusoidal,care de regul este cea nominal.Evident c n condiiile secundarului deschis,curentul I2=0 i P2=0, iar curentul absorbit de nfurarea primar (I10), numit curent de mers n gol,are o valoare efectiv redus (I10 = 16 % I1n).

Puterea activ absorbit de nfurarea primar P10, va avea de asemenea o valoare redus, ea acoperind pierderile produse n transformator: Fej ppIUP 10010110 cos ,

0cos factorul de putere al transformatorului la funcionarea n gol; 210110 IRp j pierderile prin

efect Joule n nfurarea primar; pFe pierderile n miezul feromagnetic .

Scopul acestei incercari este de a masura pierderile si curentul de mers in gol.

14. Care sunt parametrii determinati din incercarea in gol a transformatorului:

Msurnd mrimile P10(puterea activa absorbit de nfurarea primar), U1 i I10 (curentul de mers in gol) se pot determina prin calcul factorul de putere la mersul n gol 0cos ( factorul de putere al transformatorului la funcionarea n gol), ct i parametrii schemei echivalente: impedana (Z10); rezistena (R10) i reactana (X10) la mersul n gol:

;10

110 I

UZ ;210

1010 I

PR 210

21010 RZX .

15. Realizati o schema de montaj pentru incercarea in gol a transformatorului:

Schema de montaj pentru ncercarea in gol a transformatorului monofazat.

1U

10I

20U

4

16. Caracterizati reginul de functionare in scurtcircuit a transf electric ; Funcionarea n scurtcircuit a unui transformator este regimul n care bornele nfurrii secundare sunt scurtcircuitate (Z2=0; U2=0),iar nfurarea primar este alimentat de la o reea de curent alternativ. Trebuie precizat c exist dou tipuri de scurtcircuit: -scurtcircuitul de exploatare; -scurtcircuitul de prob.

Primul tip de scurtcircuit (numit i scurtcircuit de avarie) survine la funcionarea n sarcin,cnd nfurarea primar este alimentat la tensiunea nominal (U1=U1n) i este deosebit de periculos,prin valorile foarte mari ale curenilor ce se stabilesc prin nfurri.

Scurtcircuitul de prob este un regim impus transformatorului n scopul determinrii unor parametrii funcionali ai acestuia i se realizeaz n condiiile alimentrii nfurrii primare cu o tensiune redus, astfel nct solicitrile termice i electrodinamice s nu depeasc valorile normale.

n acest regim, transformatorul electric va absorbi din reea o putere P1sc egal cu suma pierderilor din transformator: 211 jFejsc pppP

17. Explicati de ce raportul de transformare se determina din incercarea in gol.

La incercarea transformatorului in gol,neglijnd cderea de tensiune pe impedana nfurrii

primare (Z1I100), putem scrie: 220

11 ;

e

e

UUUU

i mprind membru cu membru cele dou relaii vom

obine: kNN

UU

UU

e

e 2

1

2

1

20

1 . n concluzie, din ncercarea n gol se determin i raportul de

transformare al transformatorului.

18. Care sunt parametric determinati din incercarea in scurtcircuit a transf.

Cu ajutorul mrimilor direct msurabile (U1, I1, P1, I2) se pot determina parametrii de scurtcircuit:

;1

1

sc

scsc I

UZ (impedanta de scurtcircuit); ;21sc

scsc I

PR (rezistenta de sc); 22 scscsc RZX (reactanta de

sc); scsc

scsc IU

P11

cos (factorul de putere al transformatorului la funcionarea n sc).

19. Realizati schema de montaj pt incercarea in s.c

Schema de montaj pentru incercarea in scurtcicuit a transformatorului.

1U

5

Fig. 2.25. Caracteristicile externe

2U

20U

2I

(inductor) 1cos 2 (rezistiv) 1cos 2

)(capacitiv 1cos 2

21. Explicati de ce pierderile in infasurari se determina din incercarea in scurtcircuit.

22. Caracterizati regimul de functionare in sarcina a transformatorilui Regimul de funcionare n sarcin este regimul normal de lucru al oricrui transformator i se caracterizeaz prin prezena la bornele nfurrii secundare a unei impedane de sarcin Z2, diferit de zero i de valoarea finit, n condiiile n care nfurarea primar este alimentat de la o surs de tensiune alternativ.

n plus, la funcionarea n sarcin este necesar s mai cunoatem: transmisia puterii electromagnetice i circulaia puterilor n transformator; cderile de tensiune determinate de impedanele nfurrilor; pierderile de putere i randamentul transformatorului. Curbele care evideniaz dependenele diferitelor mrimi de valoarea sarcinii transformatorului

n condiiile meninerii la valori constante a tensiunii primare (U1) i a frecvenei (f ) se numesc caracteristicile de funcionare n sarcin a transformatorului. Dintre acestea, cele mai importante sunt:

caracteristica extern: U2 = f(I2); caracteristica randamentului: = f(P2).

23. Caracteristica externa a transformatorului.Dependenta.Conditii.Grafic calitativ

21202 UUU ; '21

'2 UUU ;

nII

1

1

)sincos( 2121'2

nknk IXIRU ;

n cazul n care 02 U , tensiunea la bornele nfurrii secundare ale transformatorului n sarcin, este mai mic dect la funcionarea n gol ( 202 UU ), iar n cazul n care 02 U , tensiunea la bornele secundare este mai mare dect la funcionarea n gol.

24. Randamentul si pierderile de putere ale transformatorului. Procesul de conversie a parametrilor energiei electromagnetice realizat cu ajutorul transformatorului electric este nsoit de pierderi de putere i energie. Astfel, dac P1 este puterea activ absorbit de transformator pe la bornele nfurrii primare, iar P2 puterea activ cedat sarcinii de secundarul transformatorului, diferena 21 PP reprezint pierderile totale de putere (pt), iar raportul

1

2

PP randamentul transformatorului electric ( ):

t

t

pPP

PpP

PP

2

2

1

1

1

2

21 PPpt Randamentul transformatorului se calculeaz n ipoteza c tensiunea secundar este constant i

egal cu valoarea nominal,iar curentul de mers n gol este neglijabil ( '2110 ;0 III ).

6

25. Caracteristica randamentului.Dependenta.Conditi.Grafic calitativ.Interpretare. Caracteristica randamentului exprim dependena dintre randamentul transformatorului i

ncrcarea acestuia (sau puterea P2) n condiiile: nUU 11 ct i ctcos 2 . )(f Ea evideniaz modul n care se modific randamentul transformatorului la modificarea

ncrcrii n condiiile precizate i poate fi ridicat analitic sau experimental. Randamentul transformatorului este 0 la funcionarea n gol (P2 = 0) i are o valoare maxim

( max ) pentru: 0

, adic jn

Fem p

p

27. Grupa de conexiuni cuprinde totalitatea conexiunilor posibile ale unui transformator trifazat care dau acelai unghi de defazaj ( ) ntre tensiunile de linie omoloage primare i secundare.

34. La transformatorul trifazat se definesc:

- raportul de transformare al tensiunilor de faz, kf definit de relaia:

2

1

2

1

NN

UU

UU

kax

AX

f

ff

- raportul de transformare al tensiunilor de linie definit astfel:

ab

AB

l

ll U

UUUk

2

1 ; Dac raportul de transformare al tensiunilor de faz kf depinde

doar de numrul de spire al celor dou nfurri, raportul de transformare al tensiunilor de linie kl, depinde i de schema de conexiuni a transformatorului.

35. Yy: fax

AX

ab

ABl kU

UUUk

33

36. Yd: fax

AX

ab

ABl kU

UUUk 33

37. Dy: fax

AX

ab

ABl kU

UUUk

31

3

38. Necesitatea funcionrii n paralel a dou sau mai multe transformatoare este impus n anumite situaii de urmtoarele considerente:

-creterea n timp a numrului de consumatori i / sau a puterii cerute de consumatorii existeni; -asigurarea continuitii n alimentarea cu energie electric a consumatorilor la scoaterea din funciune a unui transformator n scopul reviziei sau n cazul unor defeciuni; -creterea siguranei n funcionare i optimizarea funcionrii sistemului n condiiile unor variaii periodice sau sezoniere ale sarcinii.

7

39. a) La funcionarea n paralel n gol, curenii prin nfurrile secundare s fie nuli; - tensiunile nominale primare ale transformatoarelor s fie egale; - transformatoarele s aib aceeai grup de conexiuni; - transformatoarele n paralel s aib acelai raport de transformare;

- curenii de mers n gol s determine n nfurrile primare cderi de tensiune egale i n faz. b)La funcionarea n sarcin,ncrcarea transformatoarelor n paralel s fie proporional cu puterea lor nominal,iar curenii de sarcin ai transformatoarelor s fie n faz.

-tensiunile nominale de scurtcircuit ale transformatoarelor n paralel sunt egale;

-unghiul intern de scurtcircuit sc

scsc R

Xarctg al transformatoarelor este acelai.

40. nfurarea A-X cu N1 spire,este nfurarea de nalt tensiune,iar nfurarea a-x,cu un numr N2 de spire este nfurarea secundar. Cnd se alimenteaz pe la bornele A-X transformatorul funcioneaz ca transformator cobortor,iar cnd se alimenteaz pe la bornele a-x,ca transformator ridictor de tensiune,la cealalt pereche de borne conectndu-se circuitul receptor. Dac notm cu SI curentul prin poriunea comun de nfurare a autotransformatorului,aplicnd legea circuitului magnetic de-a lungul unei linii de cmp magnetic util,se obine:

0)( 2121 SININN

41. Avantaje: - alimentarea diverselor receptoare din reeaua de alimentare; -interconectarea unor reele de tensiuni diferite; -pornirea motoarelor trifazate de curent alternativ (sincrone i asincrone). Dezavantaje:

- nu realizeaz separarea galvanic a circuitelor primare i secundare; - creterea pericolului de accidente prin electrocutare; - izolaia nfurrii va corespunde tensiunii celei mai nalte.

A

X x

a

Z

1U

2U

1I

SI

2I1N

Schema electric a autotransformatorului monofazat

2N

8

42. Din motive de electro-securitate transformatoarele de sudare trebuie s aib o tensiune de mers n gol redus,dar suficient de mare pentru a asigura amorsarea i stabilitatea arcului electric (U20 = 60 80 V). Caracteristica extern a acestuia, U2 = f(I2),trebuie s fie pronunat cztoare astfel nct curentul de sarcin I2 s se modifice ct mai puin la modificarea lungimii arcului de sudare. Regimul de sudare al acestui transformator se modifica prin varierea reactantei de scurtcircuit XSC..

43. Aceste transformatoare de sudare se compun dintr-un transformator monofazat cu dispersie normal care are conectat n serie cu nfurarea secundar o bobin de reactan B cu inductivitatea variabil.

ntre nfurrile transformatorului i bobin nu exist cuplaje magnetice.

Reglarea regimului de sudare se poate realiza prin:

-modificarea prin prize a raportului de

transformare 1

2NN ;

-modificarea reluctanei magnetice Rm prin variaia lungimii ntrefierului ;

-modificarea reactanei bobinei B prin modificarea numrului de spire a acesteia.

44. Acest tip de transformator de sudare se obine prin contopirea ntr-o singur unitate a bobinei de reactan i a transformatorului propriu-zis. Transformatorul i bobina de reactan sunt conectate electric i cuplate magnetic,pe un miez magnetic comun fiind aezate cele 3 nfurri: primar (1), secundar (2) i de reacie (3) .Bobina de reactan se execut cu ntrefier )( reglabil, nfurarea fiind conectat adiional sau diferenial cu nfurarea secundar.

Prin mrirea ntrefierului crete reluctana magnetic a poriunii respective de miez,astfel c fluxul principal se va nchide n cea mai mare parte prin miezul transformatorului propriu-zis.

Schema electrica transformatorului de sudura cu bobina reglabila

BSII 2

aUBN2U1U

1I

1N 2N

9

1I SI

1U 2U..MS

Transformator de sudare cu sunt magnetic

45. La transformatoarele de sudare cu unt magnetic,un unt magnetic mobil SM,desprit prin dou ntrefieruri de miezul propriu-zis,determin modificarea reactanelor cilor de nchidere a fluxului magnetic i prin aceasta creterea reactanei ce caracterizeaz transformatorul.Deplasarea untului magnetic poate fi o deplasare unghiular sau una liniar .

Transformatoarele cu unt magnetic sunt zgomotoase datorit vibraiilor untului.

46. Sunt transformatoare de puteri reduse,n general monofazate,alctuite dintr-un miez toroidal pe care sunt dispuse nfurarea primar cu un numr redus (N1) de spire de seciune mare care se nseriaz n circuitul de for i nfurarea secundar cu un numr N2 de spire la bornele creia se conecteaz ampermetrele sau bobinele de tensiune ale wattmetrelor,varmetrelor,contoarelor sau releelor. Transformatoarele de curent se construiesc pentru cureni nominali secundari standardizai: I2n = 5A sau I2n = 1A.

n scopul conectrii corecte n circuit,transformatoarele de curent au bornele primare marcate de regul cu literele P1 i P2,iar cele secundare cu S1 i S2 borna P1 legndu-se spre surs,iar borna S1 la bornele polarizate ale aparatelor de msurat.

Raportul valorilor efective ale curenilor I1 i I2 se numete

raport real de transformare i se noteaz cu KI : 2

1IIK I ,

iar raportul curenilor nominali nI1 i nI2 se numete raport

nominal de transformare i se noteaz cu InK : n

nIn I

IK2

1 .

Dac se neglijeaz solenaia de mers n gol ( 001 IN )

i lund raportul curenilor:n ctNN

IIK I

1

2

2

1 ,

47. 5

100:TC

TC transformator de curent;

100 curentul nominal primar )( 1nI n A;

5 curentul nominal secundar ( nI2 ) n A.

Schema electric de conectare a transformatorului de curent.

A

1U1P 2P

Receptor

1S 2S2I

1I

10

48. Funcionarea n gol a unui TC este considerata regim de avarie,deoarece in acest caz,solenaia magnetizant crete foarte mult,crete fluxul ,cresc pierderile n fier i tensiunea E2 la bornele secundarului. Datorit saturaiei miezului,n intervale de timp foarte mici,tensiunea e2 prezint vrfuri ascuite de valori mari,putnd deveni periculoas att pentru izolaia nfurrii secundare ct i pentru personalul de deservire.

49. Determinarea valorii curentului primar ( 1I ) este nsoit de dou categorii de erori:

- eroarea de curent, I egal cu eroarea de raport de transformare Ik (determinat de faptul c n general InI KK );

- eroarea de unghiI

care apare deoarece curenii 1I i 2I nu sunt n faz. 50. Transformatoarele de tensiune sunt transformatoare de msur destinate reducerii valorilor tensiunii n circuite cu tensiuni nominale peste 100 V,la o tensiune secundar standard de 100 V. nfurarea primar a acestora cu 1N spire se conecteaz n paralel n circuitul de for,iar la bornele nfurrii secundare avnd 2N spire,se conecteaz circuitele de tensiune ale aparatelor de msurat sau de protecie.

Marcarea bornelor primare se face cu literele 1P i 2P ,iar a celor secundare cu 1S i 2S ,curentul prin secundar nchizndu-se prin sarcin de la 1S la

2S cnd curentul primar circul de la 1P la 2P .

Raportul valorilor efective ale tensiunilor 1U i 2U determin raportul de transformare:

const.2

1

2

1

2

1 NN

EE

UUK u ,iar raportul valorilor efective

nominale ale celor dou tensiuni,definete raportul

nominal de transformare a tensiunilor: n

nu U

UKn

2

1

Valoarea msurat a tensiunii primare mU1 se determin cu relaia: 21 UKU num

51. 1,0

10:TT

TT transformator de tensiune;

10 tensiunea nominal primar (U1n) n KV;

0,1 tensiunea nominal secundar (U2n) n KV.

Schema electric de conectare a

transformatorului de tensiune.

1P

V

1U

2P

2S1S2I

2U

1U

Receptor1I

11

52. Erorile transformatorului de tensiune:

- uku de raport ; - u de unghi

Ele depinznd de tensiunea primar,de frecven i de impedana secundar.

53. Necesitatea transportului energiei electrice la distanta,la tensiune inalta si foarte inalta se datoreaza pierderilor ce se produc in conductoare.Pentru micsorarea acestor pierderi,in mare parte Pjoule-Lenz,este de preferat scaderea intensitatii curentului electric,deoarece pierderile prin caldura sunt egale cu: tiRQ 2 .Insa pt a pastra puterea necesara consumatorilor,tensiunea este ridicata la valori mari. Pentru reducerea pierderilor de putere i a cderilor de tensiune se impune transportul energiei la tensiuni ct mai nalte. (110; 220; 440 sau chiar 770 kV).

54. Tensiunea de alimentare a nfurrii primare este tensiunea nominal de scurtcircuit, Uscn care la transformatoarele de putere este nscris pe plcua cu date tehnice a transformatorului (exprimat n procente din tensiunea nominal primar) i care este acea valoare a tensiunii ce trebuie aplicat nfurrii primare care face ca prin nfurri s circule cureni nominali (evident, cnd bornele nfurrii secundare sunt scurtcircuitate).

57. Pierderile prin efect Joule la un transtormator se determina prin incercarea in scc. a acestuia. n acest regim,transformatorul electric va absorbi din reea o putere P1sc egal cu suma pierderilor din transformator: 211 jFejsc pppP ;

Deoarece: 2222

2111

;0

;

nj

Fe

nj

IRp

pIRp

21222

2111 scscnnsc IRIRIRP

58.

O astfel de instalaie se compune n general din:

-un transformator de adaptare (monofazat sau trifazat) TA; -redresorul propriu zis (comandat sau necomandat, monofazat sau trifazat) R; -filtrul de netezire FN. Rolul transformatorului de adaptare este de a adapta tensiunea alternativ ce urmeaz a fi redresat la valoarea tensiunii continue necesar alimentrii diferitelor circuite electrice sau electronice.

Structura unei instalaii de redresare.

~1u ~2u 3u 4u

1ut t

2u 3ut

4ut

TA R FN

12

59.

Relaiile de legtur dintre mrimile secundare raportate la primar i cele ale nfurrii secundare sunt:

212'

21

22'

2

2'2

21'2

1

XkX

RkR

Ik

I

kUUU eee

;

k = N1/N2 este raportul de transformare

110 N

I -curentul de magnetizare din primarul transformatorului.

Modelul matematic al transformatorului cu mrimile secundare raportate la primar devine:

1112111 j eUIXIRU ; '

2'2

'21

'2

'2

'2 j eUIXIRU ;

'21 ee UU ;

'2110 III

ueNU 11 j2

1

60. La funcionarea n sarcin i n scurtcircuit,curentul de magnetizare I10 se poate neglija ( 010 I )

motiv pentru care se poate scrie: '21 II ; 1'21121

'21

'21 )(j)( IXXIRRUU

Notand cu: '2111 RRRR sce i '

211211 XXXX sce

R1e=R1sceste rezistena echivalent a transformatorului rezistena de scurtcircuit); X1e = X1sc reactana echivalent (reactana de scurtcircuit). 1111

'21 j IXIRUU scsc

n concluzie,n regimurile n care curentul de magnetizare este neglijabil, transformatorul se comport ca o impedan:

scscsce XRZZ 1111 j denumit impedana echivalent sau de scurtcircuit.

13