Studiul transformatoarelor pentru schimbarea numărului de faze, trifazat-bifazat

MEMORIU JUSTIFICATIV

Domeniul de utilizare al transformatoarelor electrice este foarte larg şi formele lor constructive sunt numeroase.

După destinaţia lor, transformatoarele se împart în două mari clase: transfromatoare de putere şi transformatoare speciale. Deci pe langă transformatorul de putere de construcţie normală, care este cel mai răspandit tip de transformator, se mai întalnesc şi următoarele tipuri de transformatoare speciale, în funcţie de destinaţia pentru care sunt întrebuinţate:

a) transformatoarele de putere cu trei înfăşurări; b) autotransformatoarele; c) transformatoarele de mare putere cu reglajul tensiunii sub sarcină; d) transformatoarele de foarte mare intensitate; e) transformatoarele de sudură (cu arc sau prin contact); f) transformatoarele de fază; g) transformatoarele pentru încercări sub înaltă tensiune; h) transformatoarele de măsură.

Această lucrare, aşa cum indică titlul ei, „Studiul transformatoarelor pentru schimbarea numărului de faze, trifazat-bifazat”, reprezintă studiul asupra unui tip de transformatoare speciale, transformatoarele de fază.

Ce sunt transformatoarele folosite pentru schimbarea numărului de faze, din trifazat-bifazat? – Sunt transformatoare care schimba numărul de faze a unui sistem trifazat realizând un sistem bifazat.

Obiectivele urmărite de acest studiu sunt:

identificarea şi definirea soluţiilor pentru obţinerea unui sistem bifazat dintr-un sistem trifazat;

proiectarea unui transformator trifazat (tip Kubler).

Transformatorul trifazat, tip Kubler, este una dintre soluţiile obţinerii sistemului bifazat, el fiind folosit în sistemul Scott. Însă, acest sistem poate utiliza şi două transformatoare monofazate sau un transformator bifazat, tip Sons, pentru obţinerea sistemului bifazat.

Am încercat să răspund la întrebări precum:

cum putem obţine un sistem bifazat dintr-un sistem trifazat?

care este soluţia pentru alimentarea anumitor maşini electrice bifazate, dacă distribuţia energiei electrice este doar în sistem de curenţi monofazaţi şi trifazaţi?

cum putem proiecta un transformator care să schimbe numărul de faze de la trei faze la două faze?

iar cu ajutorul studiului efectuat putem primi răspuns la aceste întrebări.

CAPITOLUL I - INTRODUCERE

1.1. Sistemul bifazat

Energia electrică bifazată a reprezentat un sistem de distribuţie a energiei electrice alternative polifazate puţin înaintea secolului 20, sistemul bifazat de curent electric alternativ fiind inventat de Nikola Tesla. Au fost folosite două circuite de tensiune cu diferente de 90º electrice. De obicei, circuitele foloseau patru fire, câte o pereche de căte două fire pentru fiecare fază, însă s-au folosit, dar mai rar, şi varianta cu trei fire. În cazul variantei cu trei fire conductorul comun poarta suma vectoriala a curenţilor de fază, iar din această cauză el trebuia sa fie mai mare. Generatoarele de la cascada Niagara, instalate în 1895, au fost cele mai mari generatoare din acele timpuri şi erau maşini bifazate.

Avantajele energiei electrice bifazată este că permite pornirea automată a motoarelor electrice simple. La începuturile ingineriei electrice, analiza şi proiectarea sistemelor bifazate era mai uşoară, fazele fiind complet separate. Câmpul magnetic rotitor produs cu un sistem bifazat a permis motoarelor electrice să ofere cuplul de pornire cand viteza motorului este zero, ceea ce nu a fost posibil cu un motor cu inducţie monofazat (fără mijloace suplimentare de pornire).

Figura 1.1. Alternatorul bifazat elementar şi curbele sinusoidale

Aşa cum se observă în figură, fazele sunt defazate la 90º electrice, iar când una dintre faze este maximă cealaltă faza este zero.

1.2. Soluţii de obţinere a sistemului bifazat din trifazat

Cele mai răspândite şi printre singurele metode de obţinere a sistemului bifazat din trifazat sunt:

cu ajutorul convertoarelor de fază;

cu ajutorul transformatoarelor de fază (sistemul Scott).

Schemele Scott sunt cele mai des utilizate metode de obţinere a sistemului bifazat în aplicaţiile industriale, însă din cauza costurilor mai mari şi a pierderilor în miez, uneori sunt preferate convertoarele de fază, convertoarele matriciale.

Din punct de vedere al structurii convertoarelor matriciale de fază, ce obţin sistem bifazat din sistem trifazat, se deosebesc două tipuri:

convertor matricial convenţional (CMC);

convertor matricial indirect (IMC);

Convertorul matricial convenţional poate fi cu două picioare sau cu trei picioare. Fiindcă la modelul cu două picioare intrarea şi ieşirea sunt aceleaşi, amplitudinea semnalului de ieşire nu poate depaşi jumătatea amplitudinii semnalului de intrare. Însă, la modelul cu trei picioare intrarea este separata de ieşire, aşadar raportul dintre semnalul de intrare şi semnalul de ieşire creşte la √3⁄2. Tehnicile folosite în cadrul acestui model sunt:

Ventarini;

Space Vector Modulation (SVM).