MASINI SI TRANSFORMATOARE ELECTRICE - Elementele constructive

MASINI SI TRANSFORMATOARE

ELECTRICE

1. Transformatoare electrice

1.1. Transformatorul monofazat

1.1.1. Generalitati

Se numeste transformator electric un dispozitiv electromagnetic care prin fenomenul de inductie, transforma parametrii energiei electrice in curent alternativ (frecventa ramane aceeasi).

Schema de principiu a unui transformator este data in fig.1. In general, un transformator este format dintr-un miez feromagnetic pe care se afla doua infasurari: una primara si una secundara. Infasurarea    primara, cu N₁ spire, primeste energia electrica la o tensiune U₁ iar infasurarea secundara, cu N₂ spire, cedeaza energia electrica receptorului de impedanta Z la o tensiune U_2. Infasurarea supusa la o tensiune mai mare se numeste infasurare de inalta tensiune. Infasurarea supusa la o tensiune mai mica se numeste infasurare de joasa tensiune.

Daca infasurarea de inalta tensiune este legata la sursa de energie, atunci transformatorul este coborator de tensiune, in caz contrar transformatorul este ridicator de tensiune.

Transformatorul electric permite sa se transforme parametrii energiei electrice din primar (tensiune, curent), obtinandu-se in secundar parametrii necesari receptorului. In cele ce urmeaza toate marimile referitoare la primar se vor nota cu indicele 1 (de exemplu: U₁, I₁, P₁, N₁, E₁ etc.), iar cele referitoare la secundar cu indicele 2.

Clasificare transformatoarelor se poate face dupa mai multe criterii:

- dupa numarul de faze, transformatoarele pot fi: monofazate si trifazate;

- in functie de numarul infasuratorilor plasate pe miez exista: transformatoare cu doua infasurari (primar si secundar) si cu mai multe infasurari (de exemplu: cu mai multe infasurari secundare);

- dupa destinatia lor, transformatoarele se impart in doua categorii mari: transformatoare pentru transportul si distributia energiei electrice si transformatoare pentru instalatiile de utilizare a energiei electrice. Prima categorie sunt transformatoare de putere si servesc pentru transformarea parametrilor energiei electrice in vederea transportului si distributiei energiei electrice.

Transformatoarele pentru instalatiile de utilizare a energiei electrice sunt de o mare diversitate constructiva, in functie de rolul concret pe care trebuie sa-l indeplineasca. Astfel se construiesc: transformatoare pentru actionari electrice; transformatoare pentru cuptoare electrice; transformatoare pentru protectia muncii; transformatoare pentru sudura; transformatoare de masura; transformatoare pentru redresare; transformatoare pentru circuite electronice (care la randul lor pot fi foarte diverse in functie de constructie, destinatie, frecventa tensiunii de alimentare, performantele impuse), etc..

1.1.2. Elementele constructive

Elementele constructive de baza ale transformatorului electric monofazat sunt: miezul feromagnetic si infasurarile transformatorului (primara, respectiv secundara).

Miezul feromagnetic serveste pentru inchiderea liniilor de camp magnetic. El se construieste din tole de otel electrotehnic aliat cu siliciu    (aproximativ 4%), izolate intre ele cu lac sau un strat de oxid si cu o grosime de 0,35mm sau 0,5mm,. Utilizarea tolelor silicioase duce la micsorarea pierderilor de energie prin curenti turbionari si celor datorate fenomenului de histerezis. La transformatoarele de inalta frecventa, miezul este construit din materiale speciale (ca de exemplu ferita), care au pierderi mici la frecvente ridicate. Forma miezului poate fi cu coloane (fig.2) sau in manta (fig.3si 4).

Pentru miezul din fig.4, care este compus din doua parti: una in forma de E notata cu 1 si una in forma de I notata cu 2, asezarea tolelor trebuie sa se faca de asemeni in asa fel incat spatiile libere de la imbinarea tolelor (3) sa alterneze.

Strangerea tolelor la asemenea transformatoare se realizeaza prin nituire, iar sectiunea transversala a coloanelor este un patrat la transformatoarele de mica putere si in trepte la transformatoarele de putere mare.

Infasurarile transformatorului monofazat se executa in doua forme: fie concentrice, fie alternate.

Infasurarile concentrice sunt in general infasurari cilindrice coaxiale, infasurarea de joasa tensiune asezandu-se in apropierea miezului, iar cea de inalta tensiune inconjurand pe cea de joasa tensiune (fig.5a). Infasurarile alternate se executa in asa fel incat pe inaltimea unei coloane alterneaza parti (bobine) ale infasurarii de joasa tensiune cu parti (bobine) de inalta tensiune (fig.5b). Infasurarile primara si secundara se executa din spire circulare realizate din conductoare de cupru sau aluminiu izolate (emailate sau izolate cu fire de bumbac). Infasurarile primara si secundara, sunt izolate intre ele prin zone de aer sau straturi izolatoare din diferite materiale (carton electrotehnic, novolit etc.), precum si fata de miezul feromagnetic. In cazul transformatoarelor de mica putere, infasurarile sunt in general, concentrice, data fiind tehnologia mai simpla.

In afara de elemente constructive de baza, la transformatoarele de putere, la care pierderile de energie sunt mari si deci trebuie sa se asigure o racire buna, miezul feromagnetic cu infasurarile transformatorului se introduc intr-o cuva umpluta cu ulei izolant, numit ulei de transformator (constructie utilizata curent in scara 3-1000 KVA). In cazul transformatoarelor de putere foarte mare ( peste 1 MVA), intrucat racirea nu poate fi asigurata de o circulatie naturala a uleiului din cuva, se utilizeaza o circulatie fortata a uleiului cu ajutorul unor pompe. Cuva transformatoarelor in ulei se realizeaza din tabla de otel. Peretii laterali ai cuvei sunt formati din tabla ondulata sau tevi pe partile frontale, in scopul maririi suprafetei de racire.

Uleiul din cuva joaca un rol important atat prin calitatile izolatoare mult mai bune decat ale aerului, cat si prin imbunatatirea racirii infasurarilor. Pentru asigurarea umplerii cuvei cu ulei, pe capacul cuvei se afla un vas cilindric, numit conservator umplut tot cu ulei, care preia si variatiile de volum ale uleiului datorate temperaturii de functionare.

Pe capacul cuvei se fixeaza si izolatoarele de trecere a conductoarelor, care stabilesc legatura intre infasurarile transformatorului si reteaua exterioara. De obicei izolatoarele sunt din portelan. Dimensiunile si forma lor depind de tensiunea de functionare a infasurarilor.

Reprezentarea simbolica a transformatorului monofazat este data in fig.6a si 6b.

1.1.3. Principiul de functionare al transformatorului monofazat

Functionarea transformatorului se bazeaza pe fenomenul inductiei electromagnetice. La trecerea curentului I₁ prin infasurarea primara (fig.1), se va forma un camp magnetic alternativ a carui linii de camp se vor inchide prin miezul feromagnetic, intersectand atat spirele primarului cat si cele ale secundarului. In infasurarea primara se va induce o t.e.m. de autoinductie, iar in cea secundara o t.e.m. de inductie mutuala. Valorile instantanee ale acestor t.e.m., vor fi:

si (1)

unde f reprezinta valoarea instantanee a fluxului magnetic. Considerand f f_m sin ωt (fluxul proportional cu curentul din primar), rezulta :

e₁ = N₁w f_m cos t = N₁ w f_m sin(t - ) (2)

si e₂ = N₂ w f_m sin( t -) (3)

Simbolic :

E₁ = E₁ e; E₂ = E₂ e (4)

E₁ si E₂ fiind valorile efective, date de relatiile :

E₁ = = 4,44 N₁ f (5)

E₂ == 4,44 N₂ f (6)

Se observa ca t.e.m. E₁ si E₂ sunt defazate in urma cu fata de fluxul magnetic.

Daca se face raportul , se obtine :

= = K (7)

Acest raport se numeste raport de infasurare. Daca K>1 transformatorul este coborat de tensiune, iar daca K<1, transformatorul este ridicator de tensiune.

Un transformator poate functiona in urmatoarele situatii :

in gol, atunci cand circuitul secundarului este deschis

in sarcina, atunci cand circuitul secundarului este inchis si deci t.e.m. E₂ creeaza curentul I₂

in scurtcircuit, atunci cand secundarul este scurtcircuitat, si primarului i se aplica o tensiune micsorata.

1.1.4. Functionarea transformatorului monofazat fara pierderi

Un transformator la care pierderile de energie in miezul feromagnetic si in cuprul infasurarilor se neglijeaza este considerat ca fiind ideal. La un asemenea transformator se considera ca rezistenta chimica a infasurarilor este neglijabila si ca toate liniile de camp magnetic se inchid numai prin miezul feromagnetic (in realitate o parte din linii se inchid si prin aer constituind fluxul de scapari sau de pierderi magnetice).

Aplicand teorema a-II-a lui Kirchhoff circuitului primar, rezulta :

+ = 0 sau = -

Adica t.e.m. E₁ este in opozitie de faza cu tensiunea aplicata primarului U₁. La secundar se remarca faptul ca t.e.m. E₂ este egala si in faza cu tensiunea de la bornele U₂, adica : U₂ = E₂

La un transformator ideal , vom avea deci :

K = =

si    P₁ = P₂ sau U₁I₁ cos= U₂I₂ cos.

Insa cos= cos , deoarece pierderile de energie sunt neglijabile si deci:

U₁I₁ = U₂I₂ sau = = =K

Daca se aplica teorema a-II-a a lui Kirchhoff circuitului magnetic al transformatorului, se obtine relatia :

N₁ + N₂₌     (8)

Produsul reprezinta o constanta, deoarece reluctanta este constanta, intrucat depinde numai de elementele constructive ale miezului, iar fluxul magnetic de asemenea constant, deoarece depinde de tensiunea aplicata primarului U₁ care se considera constanta. Pentru determinarea constantei , consideram ca transformatorul functioneaza in gol (I₂=0) si deci : N₁=

Rezulta: N₁₊ N₂₌ N₁ sau + =. Notand: = vom avea : = - (9)

Diagramele de fazori pentru functionarea in gol si in sarcina a unui transformator ideal sunt reprezentate in fig. 7 si fig. 8. Curentul la mers in gol , este dat de relatia:

= (10)

unde L₁ este inductivitatea proprie a primarului . Fiind un curent inductiv (rezistenta chimica a primarului este considerata zero) , este defazat in urma cu fata de tensiunea aplicata primarului U₁. La functionarea in gol , transformatorul ideal poate fi considerat ca o bobina cu miez de fier la care pierderile in fier si in cupru sunt neglijabile si deci va fi un curent de magnetizare.

La functionarea in sarcina, fazorului s-a obtinut facandu-se diferenta - , relatia (9). Curentul fiind foarte mic fata de , se neglijeaza si deci vom avea :

N₁₊ N₂= 0 sau = -

Tinand cont ca =K , se poate scrie :

= = = = K (11)

1.1. Functionarea transformatorului monofazat tinand seama de pierderile de energie

Daca se considera pierderile de energie care au loc in miezul de fier datorita fenomenului de histerezis si curentilor turbionari si cele din cuprul infasurarilor datorita efectului termic al curentului electric , atunci transformatorul are o functionare aproape de realitate (transformatorul real). Vom considera in trei cazuri distincte si anume:

functionarea in gol ( I₂ = 0);

functionarea in sarcina ( I₂ 0);

functionarea in scurtcircuit ( U₂ = 0).

La functionarea in gol a transformatorului real se va considera ca o parte din liniile de camp magnetic, produs de curentul I₁₀ nu se inchid prin miezul feromagnetic ci prin aer, formand fluxul magnetic de scapari f_s1 (fig.9). Acesta va induce in infasurarea primarului e t.e.m. e_s1, care va fi data de relatia:

-L_s1 sau

Fazorul E_s1 va fi deci defazat cu p/2 in urma fata de I_1o,iar fluxul magnetic f_s1 va fi in faza cu I_1o.

Aplicand teorema a II-a a li Kirchhoff circuitului primar, rezulta:

U + E₁ + E_s1 = r₁ I_1o

sau: U₁ = r₁ I_1o - E₁ - E_s1 (12) Transformatorul real functionand in gol poate fi considerat ca o bobina cu miez de fier si deci curentul I_1o, in diafragma de fazori reprezentata in fig.10, se va lua defazat inainte fata de fluxul magnetic cu unghiul de pierderi δ. Curentul I_1o se poate descompune in doua componente: o componenta in faza cu fluxul magnetic (componente de magnetizare I_m) necesara magnetizarii miezului feromagnetic si o componenta perpendiculara pe fluxul magnetic (componenta activa I_a) necesara acoperirii pierderilor de energie in fier si in cupru. In acest caz curentul de mers in gol I_1o se poare scrie sub forma:

I₁₀

Componenta activa I_a se poate calcula din relatia:

unde: P_1o = U₁I_1o cosj_1o reprezinta puterea primarului si poate fi masurata cu un wattmetru intercalat in circuitul infasurarii primare.

Factorul de putere la mers in gol cosj este in general mic (0,20,3) deoarece unghiul de pierderi magnetice este 5⁰6⁰. din aceasta cauza in practica nu este indicat ca transformatorul sa fie lasat sa functioneze in gol. Curentul la mers in gol I₁₀ este mic (58 % din curentul nominal) si din aceasta cauza pierderile de energie in cupru r₁I₁₀² sunt neglijabile. Tinand cont de acest lucru, rezulta ca:

(13)

In practica transformatorul este lasat initial, inainte de a fi utilizat in sarcina, sa functioneze in gol cca. 24 de ore in scopul determinarii pierderilor in fier si deci in scopul depistarii unor eventuale defectiuni in constructia miezului.

La functionarea in sarcina a transformatorului real fluxul magnetic creat de curentul I₂ se va suprapune peste fluxul magnetic creat de curentul I₁. Fluxul magnetic rezultant φ va fi acelasi ca si la functionarea in gol a transformatorului. Fluxul magnetic dat de curentul I₂ fiind un flux magnetic indus, conform legii lui Lenz, el se opune fluxului inductor, adica fluxului dat de curentul I₁. Pentru ca fluxul rezultant sa ramana acelasi, trebuie ca odata cu cresterea curentului I₂ sa creasca si curentul I₁. Considerand ca o parte din fluxul magnetic dat de I₂ se inchide prin aer, formand fluxul magnetic de scapari f_s2 a secundarului si ca acesta va induce in infasurarea secundarului o t.e.m. , relatia se va scrie in mod analog ca la primar:

, (14)

iar pentru primar vom avea:

Rezulta ca cele doua t.e.m. datorate fluxurilor magnetice de scapari sunt defazate cu π/2 in urma fata de curentii care le produc.

Aplicand teorema a II-a a lui Kirchhoff circuitului primar si secundar, rezulta:

- pentru primar:

sau: (15)

- pentru secundar: sau: (16)

Din diagrama de fazori reprezentata in fig. 11 care s-a construit tinandu-se seama de relatiile (15) si (16), unde s-a luat defazat in urma cu unghiul φ₂ fata de t.e.m. E₂, iar a rezultat din insumare I₁₀-I^'₂ (relatia 9), se observa ca factorul de putere cosφ₁ este mai mic decat factorul de putere cos φ₂ a secundarului si ca cosφ₁<1, chiar daca φ'₂=0 (cos φ'₂=1). De asemenea se observa ca cos φ₁>cos φ₁₀ si ca se mareste (se apropie de 1) cu cat curentul I₂ este mai mare.

Functionarea in scurtcircuit a unui transformator este posibila numai daca aplicand primarului o tensiune micsorata, numita tensiune de scurtcircuit, prin infasurarile transformatorului circula curentii nominali respectivi. In acest caz tensiunea de scurtcircuit U_sc este de (57)% din tensiunea nominala a primarului. O scurtcircuitare a bornelor secundarului, atunci cand la primar se aplica o tensiune nominala, nu este admisa intrucat in acest caz curentii I₁ si I₂ depasesc cu mult valorile nominale.

Tensiunea de scurtcircuit fiind mica, fluxul magnetic util va fi mic si deci pierderile de energie in fier vor fi neglijabile. Din aceasta cauza se considera ca intreaga energie primita de transformator, de la retea, este consumata numai pentru acoperirea pierderilor de energie in cuprul infasurarilor.

Se poate scrie deci, ca:

(17)

1.1.6. Randamentul transformatorului monofazat

Prin definitie, randamentul unui transformator este raportul intre puterea activa , transmisa receptorului de catre infasurarea secundarului si puterea activa , primita de la sursa de alimentare (de la retea) de catre infasurarea primara:

Conform bilantului de puteri, se poate scrie:

in care:    si

si rezulta:

(18) Considerand tensiunea U₂ constanta (in realitate ea scade cu cateva procente, in functie de I₂) si daca se noteaza: (gradul de incarcare), rezulta:

unde S_n este puterea nominala a transformatorului. Pierderile de putere in cupru, in functie de coeficientul , se scriu sub forma:

fiind pierderile de putere in cupru in regim nominal de functionare.

Tinand cont ca tensiunea U₁ este constanta, fluxul magnetic util este practic independent fata de sarcina si deci pierderile in fier sunt aceleasi, oricare ar fi coeficientul , expresia (6.8) devine:

Valoarea maxima a randamentului, la un anumit factor de putere al receptorului conectat la bornele infasurarii secundare, are loc la un anumit grad de incarcare , determinat de ecuatia: sau

Rezolvand ecuatia, se gaseste:

    (19)

adica randamentul atinge valoarea maxima pentru acel grad de incarcare pentru care . In practica un transformator functioneaza un timp mai indelungat la o sarcina mai mica decat sarcina nominala () si deci . La proiectarea si constructia transformatorului se tine cont de acest rezultat final si in consecinta se considera randamentul maxim la o sarcina de cca. 70% din sarcina nominala.

In fig.12 sunt prezentate curbele de variatie ale randamentului in functie de sarcina, factorul de putere fiind constant. In general, randamentul transformatorului este ridicat (mai mare decat al masinilor electrice) intrucat nu intervin pierderi mecanice.

La transformatoarele de putere de ordinul zecilor si sutelor de kVA, randamentul maxim atinge valoarea .

1.2. Transformatoare trifazate

Transformatoarele trifazate sunt folosite in special ca transformatoare de putere in instalatiile de transport si distributie a energiei electrice, dar sunt intalnite si in instalatiile de utilizare a energiei electrice.

Forma constructiva cea mai des intalnita pentru circuitul magnetic a transformatorului trifazat consta din trei coloane reunite in partea lor superioara si inferioara cu cate un jug magnetic prin care se inchid liniile de camp magnetic (fig.13).La aceasta varianta constructiva se realizeaza economie de fier si simplitate constructiva. Alte variante constructive se realizeaza cu ajutorul transformatoarelor monofazate prin conexiune trifazata, stea sau triunghi, a infasurarilor primare si secundare sau cu transformatoare cu cinci coloane (trei pentru infasurari si doua auxiliare, laterale, care servesc pentru micsora-rea sectiunii jugurilor).

Cele trei faze ale primarului si secundarului se pot lega in stea (cu nulul scos in afara sau nu), sau in triunghi. Infasurarile secundarului se mai pot lega si in zig-zag, cu nulul accesibil, pentru alimentarea receptorilor monofazati. Reprezentarea schematica a conexiunilor este data in fig.14.

Pentru conexiunea stea se foloseste notatia Y, pentru primar si y pentru secundar; pentru conexiunea triunghi: D pentru primar, d pentru secundar, iar pentru conexiunea zig-zag se foloseste notatia Z.

Conexiunea transformatoarelor trifazate se deosebesc si prin defazajul dintre tensiunile de linie primare si cele secundare corespunzatoare. Tinand cont de acest lucru, exista 12 grupe de conexiuni, defazajul specific fiecarei grupe fiind exprimat de o cifra, care este trecuta dupa notatia simbolica si care, inmultita cu 30^o (unitatea de unghi electric) da defazajul mentionat. Pentru conexiunile reprezentate in fig. 14, notatiile simbolice sunt: Y/y-12; Y/d-11; D/z-12. defazajele de 12x30^o; 11x30^o si 2x30^o rezulta din diagramele de fazori reprezentate in fig. 15

Daca un transformator trifazat are infasurarile secundare formate din cate doua sectiuni identice (ca la conexiunea in zig-zag), acestea se pot lega si ca in fig.16. Deoarece conexiunile in stea ale sectiunilor secundarului au punctul neutru comun s-a obtinut in secundar un sistem hexafazat de tensiuni alternative.

Transformatoarele de acest fel se utilizeaza la constructia redresoarelor hexafazate din unele instalatii de actionari electrice.

In retelele sistemelor electrice se utilizeaza transformatoare trifazate cu cate doua infasurari secundare, de ex.: 110/35/6 kV.

Transformatoarele trifazate incarcate simetric pot fi studiate in ceea ce priveste functionarea in gol, in sarcini si in scurtcircuit, la fel ca un transformator monofazat, toate marimile fiind raportate la o faza.

Necesitatea asigurarii unei rezerve in alimentarea cu energie electrica a consumatorilor, cat si cresterea in timp a consumului de energie, impune functionarea in paralel a transformatoarelor. Pentru o repartitie a curentilor de sarcina proportionala cu puterile nominale, transformatoarele conectate in paralel trebuie sa aiba acelasi raport de transformare (aceeasi tensiune aplicata primarului si aceeasi tensiune obtinuta la secundar), aceeasi grupa de conexiuni si aceleasi tensiuni de scurtcircuit.

1.3. Autotransformatoare

Autotransformatorul difera de transformator numai prin constructia infasurarii de joasa tensiune, care este o parte din infasurarea de inalta tensiune. Notand cu N₁ numarul de spire al infasurarii primare si cu N2 numarul de spire a secundarului, autotransformatorul reprezentat in fig.17 este coborator de tensiune.

Folosirea autotransformatorului este rationala numai pentru un raport de transformare mic (1,5-2). Autotransformatoarele se folosesc pentru pornirea motoarelor de c.a., micsorand tensiunea aplicata motorului la pornirea lui sau in alimentarea unor receptoare de uz casnic de mica putere, care au tensiunea nominala de functionare a autotransformatorului este acelasi ca si la transformator cu deosebirea ca la trecerea curentului alternativ prin infasurarea primara A-x va apare in infasurarea primara si in cea secundara, t.e.m. de autoinductie E₁ si respectiv E₂, date de relatiile:

E₁ 4,44 f N₁ f_m si E₂ 4,44 f N₂ f_m (20)

Prin urmare raportul de transformare:

este acelasi ca si la transformator.

Daca neglijam caderea de tensiune in infasurari, raportul de transformare al autotransformatorului este: .

Presupunand autotransformatorul ideal, adica: P₁=P₂, atunci:

U₁I₁=U₂I₂ si deci: (22)

Se observa ca la autotransformatoare se obtin aceleasi relatii intre curenti si tensiuni ca la transformatoare. Prin infasurarea comuna a-x trece curentul I₁₂, dat de relatia:

   

In general I₁₂ este de valoare mica deoarece pentru un raport de transformare apropiat de unitate, I₂ este cu putin mai mare decat I₁. din aceasta cauza infasurarea a-x se executa cu un conductor de sectiune mai mica decat pentru portiunea A-a si deci se poate realiza o economie de cupru (sau aluminiu).

1.4. Transformatoare de masura

In cazul masurarii tensiunilor mari si a curentilor de intensitati ridicate, instrumentele de masura nu pot fi conectate direct in circuitele electrice respective. In acest caz, trebuie sa se intercaleze transformatoare de masura care sa reduca marimile de masurare la valori suportate de aparatele de masura. Acestea tot odata, vor separa circuitul electric de inalta tensiune de circuitul de masura. Transformatoarele de masura reduc deci, marimea masurata si din aceasta cauza, in exploatare se utilizeaza foarte des si termenul de "reductoare".

Dupa felul marimii masurate, transformatoarele de masura pot fi: de tensiune si de intensitate.

1.4.1. Transformatoarele de tensiune

Sunt folosite la masurarea tensiunilor si din punct de vedere al procesului de functionare, reprezinta transformatoare obisnuite, insa de mica putere (30; 60; 100; 200 VA).

Raportul de transformare se ia in asa fel incat la tensiunea nominala aplicata primarului, tensiunea secundara sa fie de 100V. Astfel putem avea transformatoare de tensiune cu raportul de transformare 500/100 V; 1000/100 V; 5000/100 V; 6/0,1 kV; 35/0,1 kV etc. La bornele infasurarii secundare se pot conecta in paralel: voltmetre, bobine de tensiune ale wattmetrelor, varmetrelor, contoarelor, releelor etc.

Infasurarea secundara a transformatoarelor de masura trebuie sa se lege la pamant pentru a se evita pericolul unei electrocutari, care s-ar putea ivi din cauza unei defectiuni ce ar stabili un contact electric intre infasurarea primara si cea secundara. De asemenea si carcasa transformatorului se leaga la pamant.

Transformatoarele de tensiune pot fi monofazate (fig. 18) sau trifazate (fig. 19). Adesea, in locul unui transformator trifazat se folosesc doua transformatoare monofazate conectate in triunghi deschis sau "V" (fig. 20).

1.4.2. Transformatoarele de intensitate sunt folosite la transformarea curentului de mare intensitate intr-un curent de mica intensitate. Raportul de transformare (raportul curentilor) se ia in asa fel incat la trecerea curentului nominal prin infasurarea primara, prin infasurarea secundara curentul nominal sa fie 5A. Astfel putem avea: 5/5A; 10/5A; 100/5A; 200/5A; 500/5A; 1000/5A etc. (transformatorul cu raportul 5/5A este folosit numai pentru separarea circuitului de inalta tensiune de circuitul de masura).

Infasurarea primara a unui transformator de intensitate se intercaleaza in serie, in circuitul prin care circula curentul de masurat (ca in fig.21). Intrucat in cazul unor curenti de intensitate foarte mare infasurarea primara se reduce la o singura spira sau chiar la o simpla bara, in reprezentarea schematica infasurarea primara se figureaza cu o linie (fig. 21b). Infasurarea secundara se leaga la pamant pentru aceleasi motive ca la transformatorul de tensiune.

Functionarea transformatorului de intensitate este asemanatoare cu functionarea unui transformator de putere in regim de scurtcircuit. Din aceasta cauza, infasurarea secundara nu trebuie sa ramana in circuit deschis, intrucat intr-o asemenea situatie fluxul magnetic din miezul de fier ar creste foarte mult si poate duce fie la strapungerea izolatiei conductoarelor infasurarii secundare din cauza unei t.e.m. induse prea mari, fie la incalzirea exagerata miezului de fier ca urmare a cresterii pierderilor de energie in fier. Pentru a inlatura asemenea defectiuni, la deconectarea ampermetrului, infasurarea secundara trebuie sa fie scurtcircuitata in prealabil.

Transformatoarele de intensitate se construiesc numai ca unitati monofazate. Pentru masurarea curentilor in circuitele trifazate se intercaleaza pe fiecare faza cate un transformator de intensitate sau numai pe doua faze.

In cazul masurarii puterii unui circuit monofazat sau trifazat se realizeaza schemele din fig.22 si fig.23. daca se masoara si tensiunea si intensitatea se poate determina factorul de putere folosind relatiile:

si

unde K_U si K_I reprezinta raportul de transformare a transformatoarelor de tensiune si intensitate, iar Pw - puterea indicata de wattmetru. Daca ampermetru sau voltmetru este destinat special pentru un anumit transformator de masura, atunci pe cadranul aparatului respectiv este trecut raportul de transformare, iar etalonarea este facuta direct pentru marimea corespunzatoare valorii nominale (de ex. daca pe cadranul unui voltmetru este trecut raportul 6000-100 V, atunci etalonarea voltmetrului este corespunzatoare tensiunii de 6000 V).

1. Transformatoarele de sudura

Transformatoarele de sudura sunt destinate sudarii electrice cu arc sau contact. Aceste transformatoare trebuie sa aiba o tensiune joasa de functionare in gol (60-75 V), suficienta pentru aprinderea arcului electric, iar caracteristica externa U₂= f(I₂) trebuie sa fie coboratoare (fig.24). Astfel de caracteristici sunt necesare pentru ca intensitatea curentului sa nu se modifice mult la variatii ale lungimii arcului electric se sudura, iar tensiunea arcului care variaza in functie de lungimea arcului si de intensitatea curentului de sudare, sa fie de ordinul 20-35V.

Caracteristica externa mult descrescatoare se obtine cu ajutorul unui sunt magnetic, care mareste reactanta de scapari magnetice (fig.25), sau intercaland in serie cu arcul electric de sudare o bobina de reactanta (fig.26), care determina o cadere mai mare de tensiune la cresterea curentului de sudare. Reglarea regimului de sudare se face variind pozitia suntului magnetic sau modificand intrefierul bobinei de reactanta.

Factorul de putere al transformatorului, in timpul sudarii cu arc este relativ mic (0,4 - 0,6), fiind inductiv.

Transformatoarele de sudura prin contact electric lucreaza practic in scurtcircuit. Ele sunt calculate sa asigure curenti foarte mari, pana la zeci de kA in secundar. Modificarea acestui curent se face fie cu o bobina prevazuta cu miez feromagnetic cu intrefier, fie prin modificarea numarului de spire din infasurarea primara.