Selectarea și Dimensionarea Transformatoarelor

La transformatoarele de putere, principala consecinta a curentilor armonici este cresterea pierderilor, în principal în înfasurari, datorita deformarii fluxului de scapari. Pierderi mai mari înseamna ca în transformator este generata mai multa caldura, astfel încât temperatura de functionare creste, conducând la deteriorarea izolatiei si o posibila reducere a duratei de viata.

Rezulta ca este necesar sa se reduca sarcina maxima a transformatorului, o practica cunoscuta ca denominalizare, sau sa se acorde o atentie deosebita în proiectarea transformatorului pentru reducerea acestor pierderi.

Pentru a estima nivelul de denominalizare a transformatorului se poate utiliza factorul de încarcare K. Acest factor este calculat în functie de spectrul armonic al curentului de sarcinasi este o indicatie referitoare la pierderile suplimentare datorate curentilor turbionari. El reflecta pierderile suplimentare produse într-un transformator cu bobinaj traditional.

Transformatoarele moderne folosesc solutii alternative, ca de exemplu bobinaj cu banda sau bobinaj mixt conductor/banda. Pentru aceste transformatoare, factorul K standardizat – dependent de curentul de sarcina – nu va reflecta pierderile suplimentare în sarcina, dar o crestere reala a pierderilor confirma ca acestea sunt dependente, într-o foarte mare masura, de metoda de realizare. Este de aceea necesar sa se minimizeze pierderile

suplimentare înca din faza de proiectare a transformatoarelor pentru anumite date referitoare la sarcina, utilizând metode de simulare a câmpului sau tehnici de masurare.

Pierderi în transformator

Pierderile în transformator constau din pierderile la functionarea în gol (sau pierderi în fier) si pierderi în sarcina.

Aceasta se poate exprima prin relatia:

în care:

P0 sunt pierderile în gol sau în fier;

PS – pierderi în sarcina;

PT – pierderi totale.

Pierderile în fier sau în gol sunt datorate magnetizarii fierului. Desi curentul de magnetizare trebuie sa includa armonice, acestea sunt extrem de mici în comparatie cu curentul de sarcinasi efectul lor asupra pierderilor este minim. Ca urmare, în standarde ca ANSI/IEEE C57.110 se considera ca prezenta armonicelor nu conduce la cresterea pierderilor în fier.

Pierderile în sarcina sunt produse de pierderile Joule R•I2, pierderile datorate curentilor turbionari si pierderile de dispersie:

în care:

R•I2 sunt pierderile datorate curentului de sarcinasi rezistentei înfasurarii în curent continuu;

PEC – pierderi datorate curentilor turbionari (Eddy Current loss) în înfasurare;

PSL – pierderi de dispersie (stray losses) în cleme, cuva etc.

Pierderile R•I2 sunt datorate trecerii curentului electric prin rezistenta înfasurarilor. Sunt numite si pierderi active [1] sau pierderi rezistive în curent continuu. Pierderile active sunt proportionale cu patratul valorii efective a curentului electric, care include componentele armonice, însa sunt independente de frecventa. Acestea se determina prin masurarea rezistentei si calculul pierderilor rezultate la parcurgerea înfasurarilor de curentul maxim de sarcina.

Nu exista metode disponibile pentru determinarea individuala a pierderilor datorate curentilor turbionari în înfasurare, sau pentru a separa pierderile de dispersie ale transformatorului de pierderile datorate curentilor turbionari. Dar suma pierderilor de dispersie si a celor datorate curentilor turbionari se determina prin masurarea

pierderilor totale si scazând pierderile rezistive calculate:

Pierderile datorate efectului pelicular variaza cu patratul valorii efective a curentului si patratul frecventei (h rangul armonicei):

în care:

h este rangul armonicii 1, 2, 3 etc.;

hmax – rangul cel mai mare al armonicei care se ia în considerare;

Ih – curentul de armonica h, [A];

IR – curentul nominal (de dimensionare), [A];

PEC,R – pierderile datorate curentilor turbionari la curentul si frecventa nominale.

Pierderile datorate curentilor turbionari depind de patratul dimensiunii conductorului, perpendiculara pe câmpul fluxului de scapari. La capetele înfasurarii fluxul se curbeazasi dimensiunea cea mai mare a conductorului dreptunghiular este perpendiculara pe un vector component al câmpului fluxului de scapari. Egalizarea înaltimii înfasurarilor primara si secundara - ceea ce se poate realiza la proiectarea înfasurarii – reduce pierderile datorate curentilor turbionari concentrate la capetele înfasurarilor. Totusi, valoarea este înca mai mare decât în mijlocul înfasurarii datorita acestei curburi a fluxului de scapari. Reducerea dimensiunilor conductorului reduce si procentul de pierderi datorate curentilor turbionari, dar conduce la cresterea pierderilor rezistive. Utilizarea unor înfasurari cu mai multe conductoare (multifilare) reduce atât pierderile datorate curentilor turbionari, cât si pierderile rezistive, dar, deoarece conductoarele au lungimi