1 TRANSFORMÁTOR

1. 1 TRANSFORMÁTOR Zařízení sloužící ke změně parametrů elektrické energie: Změna napětí (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) Změna proudu (provázeno změnou proudu v opačném smyslu) galvanické oddělení obvodů – tzv. oddělovací transformátor – bezp. důvody lze jím i měnit počet fází Nejčastěji používaný elektrický stroj.  přenos a rozvod el. energie. Využívá principu elektromagnetické indukce 1. M. r. – zákon celk. proudu 2. M. r. – Faradayův ind. zákon

2. Podle počtu fází jednofázový třífázový vícefázový Podle způsobu chlazení vzduchové plynové pískové olejové Podle použití napěťový proudový speciální Podle provedení vinutí dvouvinuťové vícevinuťové Podle konstrukce jádrový plášťový toroidní Typy transformátorů

3. Konstrukční uspořádání • magnetický obvod – plechy 0,28; 0,33; 0,5 mm • jádra - umístěno vinutí • spojky - uzavírají mag. obvod • vinutí – min. dvě mag. vázaná vinutí na fázi • musí vyhovovat: • tepelně • mechanicky • izolačně • nádoba – u transformátorů chlazených olejem • hladké • žebrované • hladké s radiátory (s ofukováním) - u velkých výkonů nucený oběh oleje + chladič mimo nádobu • na víku keramické průchodky • součástí nádoby – konzervátor a hygroskopická látka

4. Principy základních konstrukcí A – jádrový B – plášťový C – toroidní

5. Hlavní a rozptylové magnet. toky

6. Náhradní schéma Indexy: μ – magnetizační složka 1 – primární veličina σ – rozptylová složka 2 – sekundární veličina Fe – týká se mag. Plechů h – hlavní indukčnost Pozn.: Sekundární parametry jsou přepočítány na primární napětí

7. Napěťové rovnice transformátoru • Plynou z náhradního schématu • Sestavení – dle Kirchhoffova zákona o napětích

8. Proudové rovnice transformátoru • Vycházejí z náhradního schématu • Sestavení – dle Kirchhoffova zákona o proudech

9. Fázorový diagram transformátoru Přepočítací vztahy: U2i´=p*U2i I2´=I2 / p R2´=p2*R2 XLσ2´= p2*XLσ2 Pozn.: Sekundární parametry jsou přepočítány na primární stranu.

10. Chlazení transformátorů I • VZDUCHOVÉ • Odvod tepla konvekcí (prouděním) • Přirozená nebo nucená konvekce • Menší výkony, větší plocha chlazení – větší objem • KŘEMIČITÝ PÍSEK • Odvod tepla kondukcí (vedením) • Místa s neb. výbuchu a požáru – doly, obch. domy, lodě • Značná hmotnost, lze dopravovat v jakékoliv poloze

11. Chlazení transformátorů II • PLYNEM • Nejčastěji SF6  netečný plyn bez zápachu  3x větší tepelná vodivost než vzduch lepší elektroizolační vlastnosti • Vhodné pro omezené prostory (lodě, lokomotivy, doly)

12. Chlazení transformátorů III • OLEJEM – minerálním nebo syntetickým • MINERÁLNÍ • El. oblouk  hořlavé plyny + vzduch  výb.směs! • Je hygroskopický (už 0,01% H2O snižuje EP o 20%) • Kaly  zhoršuje se tepelná vodivost • SYNTETICKÉ • Pro vysoká napětí a velké výkony • Nehořlavé, nehygroskopické • Dříve PCB (polychlorované bifenyly) – vysoce tox.!

13. Ztráty transformátoru ΔP = ΔP0 + ΔPK = ΔPFe + ΔPj1 + ΔPj2 Maximální účinnost ↔ΔP0 = ΔPk Poměrné zatížení Při jmenovitém zatížení ΔPkn= (3,5 až 5) ΔP0 Maximální účinnost ↔i = 0,53 až 0,45

14. Chod nakrátko • Výstupní vinutí nakrátko U´2 = 0 ↓ → • Proud IK kryje především ztráty ve vinutí

15. Chod nakrátko – měřicí obvod Napětí nakrátkoUk – napětí, při kterém teče primárem jmenovitý proud (při zkratovaném sekundáru) Poměrné napětí nakrátkouk = Uk/Un *100 [%] obvykle do 10% - štítková hodnota transformátoru

16. Chod naprázdno Sekundární vinutí rozpojeno   Proud I0 kryje především ztráty v železe, a to: • Ztráty hysterezní Impedance naprázdno • Ztráty vířivými proudy Činná složka impedance naprázdno (Rfe): Jalová složka impedance naprázdno (Xh) :

17. Chod naprázdno – měřicí obvod Proud naprázdno I0 – proud odebíraný transformátorem bez zatížení – kryje magnetizační ztráty Poměrný proud naprázdno io = I0 / In * 100 [%] - udává, jaký má I0 podíl na jmenovitém proudu - obvykle 10 – 20 %

18. Měřicí transformátory • přístrojové transformátory • přesnost  pravidelná kalibrace • napájení měřicích a jistících přístrojů  konstrukce Slouží k: • Oddělení od obvodů vysokého napětí  bezpečnost • Transformace napětí a proudu za účelem měření U2=100V, I2=5A

19. Měřicí transformátory proudu • Primár – málo závitů pokud Iμ=0, pak • Sekundár – hodně závitů • připojen A, W, EM Malý mag.proud Iμ  větší přesnost…k tomu je třeba: • Plné zatížení MTP • Malá indukce B (B < 0,1 T) – pak je I2=f(I1) téměř lineární • Magnetický obvod bez vzduchových mezer • Vysoká μ jádra, malé ΔPFe POZOR! Při chodu se nesmí rozpojit sekundární strana transformátoru!!! Je-li I2=0  vnucený proud I1 = Iμtransformátor se přesycujeindukce napětí na svorkách sekundárušpičky dosahují nebezpečných hodnot pro izolaci vinutímožné proražení izolace nebo vzniku remanence jádra!. Velká indukce Bvelké ztráty ΔPFeoteplení.  ZK

20. Měřicí transformátor napětí • Primár – hodně závitů zanedbáme-li úbytky napětí • Sekundár – málo závitů • připojen V, W, EM Menší úbytky napětí budou při: • malém proudu naprázdno MTP (malá B, mag.obvod bez vzd. mezer, kvalitní mag.mat.) • Malých činných odporech vinutí a rozptylových reaktancích (malé uK) malé vzd.vinutí POZOR!!! MTN se nesmí na sekundární straně spojit nakrátko!!! Vzhledem k malé impedanci nakrátko je velký proud nakrátko  nebezpečí spálení vinutí MTN.

21. Autotransformátory I Změna napětí v rozsahu 10-50 % - u 3vinuťových transf. Nehospodárné část vinutí společná pro primár i sekundár – galvanicky spojeny • jednofázové • trojfázové Převod transformátoru Autotransformátor není dělič napětí elektrického typu  vinutí primáru a sekundáru jsou zde magneticky vázána.

22. Autotransformátory II Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem I. Stav naprázdno (I2=0) • Není podstatný rozdíl • Zanedbáme-li ΔU, platí Při zatížení (I2>0) • NORM.TRAFO • Cívkou A0 – proud I1 • Cívkou ao – proud I2 • AUTOTRAFO • Cívkou Aa – proud I1 • Cívkou ao – proud I I=I1+I2=I1(1+p)=I2(1+1/p) ~I=I2-I1=I2(1-1/p)

23. Autotransformátory III Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem II. Jouleovy ztráty Parametry vinutí NORM.TRAFO Odpor RAa AUTOTRAFO Odpor Rao- protéká menší proud I - stačí menší průřez - větší odpor

24. Autotransformátory IV Porovnání s normálním dvouvinuťovým transformátorem III. Autotransformátor má oproti normálnímu dvouvinuťovému transformátoru: • menší provozní i výrobní náklady • menší poměrný odpor nakrátko  tvrdší zdroj s menšími úbytky napětí, • menší poměrnou reaktanci nakrátko  ale větší zkratové proudy!!! Přiváděný vstupní výkon S1=U1I1≈U2I2 (průchozí výkon) se přenáší: • elektromagnetickým výkonem (vlastní – typový výkon) S12=(U1-U2)I1=S1(1-1/p) Pokud p1 - úspora je vysoká (Cu, Fe) • elektrickým výkonem - výkon se přenáší elektricky SEL=S1-S12=S1/p Pokud p > 2 - nebezpečí průrazu,hlavně u vn PROTO p v rozsahu 1,25 až 2 POUŽITÍ: - v sítích nn, vn i vvn - spouštění velkých synchr., příp. asynchr. motorů

25. Paralelní chod transformátorů • Při nerovnoměrném zatížení – ekonomicky a technicky výhodnější CHOD NAPRÁZDNO – nulový vyrovnávací proud Podmínky:a) stejný převod b) stejný hodinový úhel c) stejný úbytek napětí způsobený proudem naprázdno CHOD PŘI ZATÍŽENÍ – správné rozdělení zatížení úměrně s jmen. výkony • zatížení nepřímo úměrně poměrné impedanci nakrátko • V praxi – stejné poměrné impedance nakrátko – max. odchylka 10 %

26. Trojfázové transformátory 3F transformátor s nezávislým magnetickým systémem + magnetická symetrie, porucha, revize – výměna rezervní fáze, doprava - spotřeba materiálů, více nádob, technologická náročnost, hmotnost, náklady  použití výjimečně u velkých výkonů (JE Temelín – blokový transformátor)

27. Trojfázové transformátory 3F transformátor se závislým magnetickým systémem + úspora materiálu, menší ztráty v železe - při poruše jedné fáze – odstavení celého stroje