Incercarile de functionare in gol si in scurtcircuit - transformator

Incercarile de functionare in gol si in scurtcircuit - transformator

Pentru determinarea experimentala a pierderilor de putere activa intr-un transformator se executa incercarile de functionare in gol si in scurtcircuit. Din aceste incercari se determina si parametrii necesari pentru stabilirea schemei echi-valente a transformatorului.

Pierderile de putere activa in transformator sunt de doua forme: pierderi in fierul magnetic p_Fe si pierderi in cuprul infasurarilor p_Cu. Si a doua forma de pier-deri se datoreaza transformarii energiei electrice in caldura. Pierderile in fier, reprezinta suma pierderilor prin curenti turbionari si histerezis magnetic, si la frec-venta data f sunt proportionale cu patratul fluxului magnetic.

Pierderile in cupru p_Cu, reprezinta suma pierderilor in cuprul infasurarii pri-mare p_Cu1 si in cuprul infasurarii secundare p_Cu2, si sunt proportionale cu patratul curentilor ce trec prin infasurari. Pentru determinarea pe cale experimentala a celor doua forme de pierderi, este necesar a se indeplini urmatoarele conditii:

a)     la efectuarea incercarilor transformatorul nu trebuie sa debiteze putere consumatorilor, adica puterea absorbita de infasurarea lui primara, tre-buie sa echilibreze numai pierderile din transformator;

b)     montajul experimental este astfel incat una din cele doua forme de pier-deri sa fie de valoare mica, incat aceasta se poate neglija.

La incercarea de functionare in gol, infasurarea secundara a transformato-rului este deschisa si nu cedeaza putere la consumatori. Puterea consumata acopera numai pierderile din transformator. Deoarece I₂=0, pierderile din infasurarea se-cundara sunt nule. In acest caz, pierderile in regimul de functionare de gol p₁₀ sunt determinate de pierderile in fier p_Fe si de pierderile in cuprul infasurarii primare p_Cu10, adica puterea absorbita la functionarea in gol unde .

Deoarece curentul la functionarea in gol I₁₀ este foarte mic,, de unde , adica in regimul de functionare in gol, se pot determina pe cale experimentala, pierderile in fier. In acest scop se realizeaza schema din fig.2.25.

Fig.2.25 Schema de montaj pentru incercarea la functionarea in gol

Pentru 8-10 valori ale tensiunii de alimentare aplicata in primar in domeniul U₁=(0U_1n) se citesc marimile I₁₀, P₁₀, Q₁₀, U₂₀, si se calculeaza:

raportul de transformare

- pentru transformatoarele coboritoare de tensiune  (2.31)

respectiv

-pentru transformatoarele ridicatoare de tensiune  (2.32)

(in ambele cazuri k>1).

curentul de functionare in gol raportat

(2.33)

ca raport intre curentul nominal la functionarea in gol si curentul nominal al infasurarii primare la functionarea in sarcina I_1n, unde:

(-puterea aparenta a circuitului primar)  (2.34)

unde: curentul nominal la functionarea in gol I_10n, este acel curent ce trece prin infasurarea primara a transformatorului functionand in gol, primarul fiind alimentat cu tensiunea nominala U_1n.

factorul de putere la functionarea in gol ce se determina cu relatia:

(2.35)

Se observa ca acesta depinde de gradul de saturatie al trasformatorului, deoarece cresterea gradului de saturatie determina cresterea curentului absorbit la functio-narea in gol si in consecinta factorul de putere scade, transformatorul absorbind o insemnata putere reactiva.

parametrii circuitului de magnetizare din schema echivalenta a trans-formatorului ce functioneaza in gol, se deduc considerind ca respectiv, . Deci, la functionarea in gol, schema echivalenta este reprezentata de un circuit R₀ - X₀ in paralel (fig.2.26), astfel incat obtinem:

impedanta de magnetizare

(2.36)

componenta activa si reactiva a curentului de functionare in gol

respectiv [A] (2.37)

rezistenta corespunzatoare pierderilor in fier

(2.38)

reactanta de magnetizare

sau (2.39)

In fig.2.26 ce reprezinta schema echivalenta a transformatorului la functiona-rea in gol semnificatia notatiilor este urmatoarea:

- rezistenta de faza a infasurarii primare;

- curentul de faza prin infasurarea primara la functionarea in gol;

- reactanta de dispersie a infasurarii primare la functionarea in gol;

- parametrii circuitului de magnetizare.

Fig.2.26 Schema echivalenta a transformatorului electric

monofazat la functionarea in gol

In urma efectuarii masuratorilor si calculelor necesare se traseaza dependentele: a caror aliura se prezinta in figura 2.27.

Fig.2.27 Caracteristicile transformatorului electric monofazat

la functionare in gol

La incercarea de functionare in scurtcircuit, bornele infasurarii secundare ale transformatorului se leaga in scurtcircuit, incat U₂=0. Prin urmare transformato-rul nu cedeaza putere la consumatori. Daca in acest regim, infasurarii primare i se aplica tensiunea nominala U_1n, prin infasurarile transformatorului vor trece curenti mari si el se va distruge. Iata de ce se realizeaza asa numita incercare artificiala de functionare in scurtcircuit, in care infasurarii primare i se aplica tensiune redusa (nu mai mare de 5÷15% din U_1n), incat curentii din infasurarile primara si secundara sa nu depaseasca valorile lor nominale .

Deoarece in acest regim de functionare, tensiunea de alimentare este sensibil mai mica decat U_1n, fluxul magnetic este mult mai mic. Din acest motiv, pierderile in fier sunt mult mai mici si se pot neglija ().

Iata de ce in regimul de functionare in scurtcircuit se determina pierderile in cuprul infasurarilor (). In acest sens se realizeaza schema indicata in fig.2.28.

Fig.2.28 Schema de montaj pentru realizarea incercarii

la functionarea in scurtcircuit a transformatorului

Pentru 8-10 valori ale tensiunii de alimentare aplicata in primar in domeniul U_1k=(012%)U_1n se citesc marimile I_1k, P_1k, Q_1k si se calculeaza:

pierderile in cuprul infasurarilor prin efect Joule-Lentz ce reprezinta puterea absorbita de transformator de la retea la incercarea de scurtcircuit de proba. Se stie ca si neglijand caderile de tensiune rezulta potrivit relatiei Deci incat . La scurtcircuitul de proba are valoare redusa si anume , incat pierderile in fier se pot neglija fata de pierderile din infasurari. Asadar, se poate considera ca puterea absorbita de transformator de la retea la scurcircuitul de proba, reprezinta chiar pier-derile in cupru prin efect Joule-Lenz. Deci:

rezistenta de scurtcircuit a transformatorului;

- rezistenta secundarului transformatorului raportata la pri-marul transformatorului.

Pentru se obtin pierderile de scurtcircuit nominale la tempera-tura standard nominala (75⁰C pentru clasele de izolatie A, E, B, sau 115⁰C pentru clasele de izolatie F, H, C) potrivit relatiei

- pentru conductoare de cupru in care este temperatura transformatorului in momentul masurarii pierderilor .

factorul de putere la functionarea in scurtcircuit se determina pe baza datelor experimentale:

(2.40)

componentele tensiunii de scurtcircuit se pot determina ca si tensiunea de scurtcircuit in valori absolute sau in procente;

componenta activa a tensiunii de scurtcircuit:

a)     in valoare absoluta

[V] (2.41)

b)     in procente 

(2.42)

componenta reactiva a tensiunii de scurtcircuit

a) in valoare absoluta [V] (2.43)

b) in procente

(2.44)

sau:

unde:

- tensiunea de scurtcircuit, in valoare absoluta in volti;

- tensiunea de scurtcircuit, in procente.

parametrii de scurtcircuit ai transformatorului potrivit schemei echivalente a transformatorului la functionarea in scurtcircuit (fig.2.29)

Impedanta de scurtcircuit (2.45)

Rezistenta de scurtcircuit:

sau (2.46)

Reactanta de scurtcircuit:

sau (2.47)

Fig.2.29 Schema echivalenta a transformatorului electric

monofazat la functionarea in scurtcircuitul de proba

In urma efectuarii masuratorilor si calculelor necesare se traseaza dependentele: a caror aliura se prezinta in figura 2.30.

Fig.2.30 Caracteristicile transformatorului electric monofazat

la incercarea de functionare in scurtcircuit