Mașini și transformatoare

TRANSFORMATORUL ELECTRIC

Generalităţi

Transformatorul electric este un aparat de curent alternativ a cărui funcţionare se bazează pe

legea inducţiei electromagnetice, care transformă o putere electrică alternativ㠖 putere primară de

anumiţi parametri (U1, I1) – într-o altă putere electrică alternativă - putere secundară cu parametri

schimbaţi (U2, I2), frecvenţa rămânând constantă.

Un transformator este constituit dintr-un miez feromagnetic pe care sunt montate două sau mai

multe înfăşurări izolate una de alta şi faţă de miez. Înfăşurarea care primeşte energia se numeşte

înfăşurare primară (sau pe scurt - primar), iar înfăşurarea care transmite energia unui circuit exterior,

înfăşurare secundară (sau pe scurt - secundar).

După destinaţie, transformatoarele electrice pot fi clasificate in:

- transformatoare electrice de putere, utilizate in transportul şi distribuţia energiei electrice;

- transformatoare electrice cu destinaţie specială: pentru redresoare, pentru cuptoare electrice,

pentru sudare, etc.;

- autotransformatoare;

- transformatoare de măsură;

- transformatoare de pornire;

- transformatoare de mica putere;

- transformatoare in execuţie antigrizutoasă şi antiexplozivă.

Din punctul de vedere al numărului de faze pot fi monofazate sau trifazate (uneori polifazate

pentru utilizări speciale).

Din punctul de vedere al răcirii transformatoarele pot fi răcite direct în aer sau în ulei.

Înfăşurările unui transformator cu tensiunea mai mare se mai numesc şi înfăşurări de înaltă

tensiune, iar cu cele cu tensiune mai mica, înfăşurări de joasa tensiune.

Elemente constructive

Principalele elemente constructive ale transformatoarelor sunt miezul feromagnetic,

înfăşurarea primară şi cea secundară.

a) Miezul feromagnetic, denumit adesea şi miez magnetic, reprezintă calea de închidere a

fluxului magnetic principal al transformatorului, flux produs de solenaţia de magnetizare. Constructiv,

miezul feromagnetic este format din coloane pe care sunt montate înfăşurările, şi jugurile, care servesc

la închiderea liniilor de câmp magnetic între coloane. Numărul coloanelor depinde de tipul şi numărul

de faze ale transformatorului. Întrucât înfăşurările se execută în afara miezului şi ulterior se montează

pe coloanele transformatorului, coloanele şi jugurile se îmbină prin suprapunerea sau ţeserea între ele

a tolelor. Prin îmbinarea tolelor, unde o tolă a coloanei alternează cu o tolă a jugului, se micşorează

întrefierul îmbinării (fig.2.1). Tablele ce compun miezul feromagnetic au o grosime relativ mică

(0,3-0,5mm), sunt realizate din oţel electrotehnic aliat cu siliciu şi sunt izolate între ele. Utilizarea

tolelor conduce la diminuarea pierderilor prin curenţi turbionari, iar alierea oţelului cu siliciu asigură

reducerea pierderilor, datorate atât

curenţilor turbionari, cât şi

fenomenului de histerezis.

Prin utilizarea unor tole din

oţel electrotehnic laminat la rece cu

cristale orientate, izolate cu carlit

(izolaţie ceramică) se obţine o creştere

a permeabilităţii magnetice în direcţia

laminării şi o îngustare a suprafeţei

ciclului histerezis micşorându-se

pierderile în fier şi puterea specifica de

magnetizare. Se pot realiza diferite scheme de miezuri magnetice, ca de pildă in figura 2.2. In figura

2.2-a se prezintă un transformator cu coloane la care, de regulă, fiecare din cele două bobinaje (primar

şi secundar) este împărţit pe ambele coloane pentru a se obţine o dispersie cât mai mică, în figura 2.2-b

se prezintă un transformator de mică putere (<1000VA) şi înaltă tensiune (>6kV), prin care se obţine o

schema de izolaţie convenabilă, în detrimentul pierderilor de dispersie, iar in figura 2.2-c un

transformator de mică putere în manta.

Fig. 2.1. Straturi de tole consecutive la un transformator

trifazat (asamblare prin tole ţesute).

2. Transformatorul electric .

b) Înfăşurările transformatorului se execută din conductoare de cupru sau mai rar de aluminiu,

izolate în mod corespunzător. Pentru a realiza un cuplaj magnetic cât mai mare între înfăşurări, ele se

montează pe aceeaşi coloană, în următoarele forme constructive: înfăşurări concentrice şi înfăşurări

alternate. La înfăşurările concentrice înfăşurarea de joasă tensiune se montează în imediata apropiere a

coloanei miezului feromagnetic, iar peste aceasta este aşezată înfăşurarea de înaltă tensiune

aproximativ aceeaşi înălţime. Prin această amplasare se evită apropierea înfăşurării de înaltă tensiune

de miez.

Înfăşurările alternate se executa din bobine de diametre egale dar de înălţimi reduse (galeţi).

Galeţii înfăşurărilor se dispun alternant pe înălţimea coloanei. Acest tip de desfăşurare se foloseşte, de

regulă, numai la transformatoare coborâtoare, ca de pildă cele folosite la alimentarea cuptoarelor

electrice.

Înfăşurarea de înaltă tensiune s-a notat prescurtat I.T., iar cea de joasă tensiune J.T.

În afara elementelor constructive principale necesare, transformatorul mai are, funcţie de

destinaţie, de tipul şi forma constructivă, de sistemul de răcire, de putere şi tensiuni, o serie de

elemente constructive şi accesorii necesare unei bune funcţionări. Astfel, transformatoarele cu răcire în

ulei au o construcţie metalică constând din cuvă, capac şi conservatori.

Mărimi nominale ale transformatoarelor

În publicaţia CEI 34-1 din 1969 şi STAS 1893-1972 s-a introdus noţiunea de serviciu tip, iar

vechea noţiune de regim al unei maşini electrice a fost precizată în mod corespunzător.

Regimul este precizat prin ansamblul valorilor numerice ale mărimilor electrice şi mecanice ce

caracterizează funcţionarea unei maşini electrice. Regimul nominal este acela în care ansamblul

valorilor numerice coincide cu valorile nominale ale mărimilor caracteristice.

Serviciul este precizat prin succesiunea şi durata de menţinere a regimurilor, inclusiv mersul în

gol sau repausul.

Serviciul nominal este precizat prin valorile numerice ale mărimilor electrice şi mecanice,

împreună cu tipul lor de menţinere şi cu ordinea lor de succesiune stabilite de către producător.

Regimul nominal de funcţionare caracteristic serviciului nominal se caracterizează prin datele

nominale înscrise pe tăbliţa indicatoare fixată pe transformator la un loc vizibil şi uşor accesibil.

Funcţionarea în regim nominal este fixată de următoarele mărimi nominale: putere, tensiune

primară şi secundară, raportul de transformare între tensiunea primară şi secundară la mersul în gol,

curenţii, tensiunea de scurtcircuit, frecvenţa, toate în condiţiile nominale de răcire ale

transformatorului.

Puterea nominală a transformatorului este puterea aparentă la bornele circuitului secundar

pentru care nu sunt depăşite în limitele de încălzire prevăzute de standard. Se exprimă în kVA.

Tensiunea nominală primară este tensiunea aplicată la bornele înfăşurării primare, în regim

nominal de funcţionare.

Tensiunea nominală secundară reprezintă tensiunea la bornele înfăşurării secundare atunci când

transformatorul funcţionează în gol, iar la bornele înfăşurării primare este aplicată tensiunea nominală.

Raportul nominal de transformare este raportul între tensiunea primară şi secundară la mersul

în gol al transformatorului.

Curenţii nominali sunt curenţii primari şi secundari de linie la funcţionarea în regim nominal.

Tensiunea nominală de scurtcircuit este tensiunea aplicată înfăşurării primare astfel ca aceasta

să fie străbătută de curentul nominal, atunci când înfăşurarea secundară este în scurtcircuit.

Frecvenţa nominală este frecvenţa pentru care a fost construit transformatorul (frecvenţa

f=50 Hz pentru Europa şi 60 Hz pentru SUA).