PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

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1 TRSFORMTORE 1

2 PRINCIPIO DI FUNZIONMENTO i 1 i La figura mostra lo shema di priipio di u trasformatore moofase: v 1 1 v ttoro ad u uleo di materiale ferromagetio soo avvolti due avvolgimeti omposti rispettivamete da 1 spire (avvolgimeto primario) ed spire (avvolgimeto seodario). Quado si alimeta il primario faedo irolare ua orrete alterata i 1, il ampo magetio prodotto da tale orrete idue el seodario ua f.e.m. Se l avvolgimeto seodario è hiuso su u ario la f.e.m. idotta fa irolare ua orrete alterata i. Il rapporto tra i valori effiai delle tesioi v 1, v e delle orreti i 1, i dipede dal rapporto tra i umeri di spire Il trasformatore permette quidi il trasferimeto di poteza, i orrete alterata, tra il iruito primario e quello seodario, i asseza di otatto elettrio tra i due iriti, a diversi valori della tesioe e della orrete.

3 CRTTERISTICHE COSTRUTTIE gioghi oloe Trasformatore o uleo a oloe Trasformatore o uleo a matello tubi isolati BT T BT T vvolgimeti oetrii vvolgimeti a bobie alterate 3

4 CRTTERISTICHE COSTRUTTIE avvolgimeto alta tesioe avvolgimeto bassa tesioe Sezioe di ua oloa del uleo magetio Feomei di perdita el ferro: d Isteresi magetia Correti parassite (di Foault) B(t) z y x l B( x, y, z, t) k B os t M 4

5 EQUZIONI DEL TRSFORMTORE v 1 1 i 1 i d1 d 1 a b v dameto qualitativo delle liee di ampo della iduzioe magetia i u trasformatore moofase B 1 B Ua liea di ampo della iduzioe magetia è eessariamete hiusa e si oatea o almeo uo dei due avvolgimeti del trasformatore. i soo liee he, a ausa dell elevato valore della permeabilità magetia dei lamierii di ui è ostituito il uleo, si sviluppao ompletamete all itero di quest ultimo e si oateao quidi o etrambi i iruiti ed altre liee ivee he si sviluppao i parte al di fuori del uleo e periò si oateao solo o uo dei due avvolgimeti. l flusso attraverso ua sezioe ormale del uleo magetio, dovuto alle liee del tipo, si dà il ome di flusso priipale. Co i simboli d1 e d si idiao i flussi dispersi oateati o l itero avvolgimeto 1 e l itero avvolgimeto rispettivamete, ioè i flussi dovuti alle liee di ampo del tipo a e del tipo b. 5

6 CIRCUITO ELETTRICO EQUILENTE 1 v 1 i 1 1 : i v Trasformatore ideale v v 1 1 ; i i B 1 B 1 1 ; I I 1 1 La poteza assorbita a primario dal trasformatore ideale (p 1 = v 1 i 1 ) risulta i ogi istate uguale a quella erogata al seodario (p = v i ). Co riferimeto al regime siusoidale di frequeza f, la poteza omplessa assorbita a primario dal trasformatore ideale N 1 = 1 (I 1 )* risulta uguale a quella erogata al seodario N = (I )*. Il trasformatore ideale o assorbe é poteza attiva é poteza reattiva, risultao però mutati i parametri (tesioe e orrete) o ui la eergia elettria viee assorbita a primario ed erogata a seodario. 6

7 CIRCUITO ELETTRICO EQUILENTE 1 I 1 R 1 X d1 R X d 1 : I I 1 X 1 R a E 1 E Il trasformatore reale assorbe sia poteza attiva he poteza reattiva. - I a I - B 1 B La poteza attiva viee dissipata (trasformata i alore) i parte egli avvolgimeti (per effetto Joule) ed i parte el uleo ferromagetio (per effetto Joule e per isteresi. La poteza reattiva assorbita serve per sosteere i flussi dispersi ed il flusso priipale. La preseza di flussi dispersi itrodue uo sfasameto tra la tesioe primaria e la tesioe seodaria. La riluttaza fiita del uleo omporta l assorbimeto a primario, ahe el fuzioameto a vuoto di ua orrete magetizzate he risulta i quadratura ol flusso priipale. 7

8 PRO UOTO 1 W 1 1 I 1 R a I a I 0 I X R 1t X 1t I 1 = 0 1 R a X P 10, 0 I P B 1 B 1 La prova a vuoto viee eseguita alimetado il primario o la sua tesioe omiale e mateedo il seodario i iruito aperto e misurado a primario, la tesioe ( 10 ), la orrete (I 10 ) e la poteza attiva assorbita (P 0 ) Mediate la prova a vuoto è possibile misurare il valore dei parametri del iruito equivalete relativi alle perdite el ferro 8

9 W PRO IN CORTO CIRCUITO R 1t X 1t 1 I 1 = I / 1 I I B 1 R a I a I X B 1 R X 1 t, I1 1t P 1I1 I1 P La prova i ortoiruito viee effettuata alimetado il primario del trasformatore o il seodario hiuso su u amperometro (la bassa impedeza dell amperometro permette di osiderare il seodario hiuso i ortoiruito) e misurado e a primario, la tesioe ( 1 ), la orrete (I 1 ) e la poteza attiva assorbita (P ). La tesioe primaria deve essere tale he il valore effiae della orrete erogata a seodario, he viee misurato dall amperometro, sia pari alla orrete omiale. Tale valore della tesioe viee hiamato tesioe di ortoiruito ( 1 ) e risulta essere pari ad u frazioe (< 10 %) della tesioe omiale primaria. Mediate la prova i orto iruito è possibile misurare il valore dei parametri 9 del iruito equivalete relativi alle perdite el rame

10 RENDIMENTO CONENZIONLE Il redimeto del trasformatore () viee defiito ome il rapporto tra la poteza attiva erogata a seodario (P ) e la poteza attiva assorbita a primario (P1); idiado o P d la poteza dissipata (trasformata i alore) all itero del trasformatore risulta P P 1 P P P d La determiazioe sperimetale di tale gradezza risulta diffioltosa: E eessario poter disporre i laboratorio di u ario i grado di assorbire la poteza omiale del trasformatore he può risultare ahe di parehi MW. No essedo preseti parti rotati el trasformatore, il redimeto dello stesso è molto elevato (può essere superiore al 99.5) e pioli errori ella misura delle poteze assorbite ed erogate possoo produrre u errore otevole elle determiazioe del redimeto. Le orme defiisoo u redimeto ovezioale del trasformatore ( ov ). os ov osp P : poteza apparete omiale del trasformatore, he è idiata sui dati di targa del trasformatore stesso P u : perdite el rame, valutate mediate la prova i ortoiruito, P fe : soo le perdite el ferro, valutate mediate la prova a vuoto. Cu Fe 10

11 TRSFORMTORE TRIFSE B C a b B C Bao di tre trasformatori moofase a b Trasformatore trifase o uleo omplaare 1 3 C C a a B B b b Trasformatore trifase equivalete al bao di tre trasformatori moofase Trasformatore trifase o uleo simmetrio 11

12 COLLEGMENTI DELLE FSI B O B B C C C Collegameto a stella Collegameto a triagolo Collegameto a zig-zag Il rapporto di trasformazioe di u trasformatore trifase (K) viee defiito ome il rapporto tra il valore effiae delle tesioi oateate orrispodeti alle oppie di morsetti omologhi primari e seodari, relativo al fuzioameto a vuoto del trasformatore (trasurado quidi le adute di tesioe itere del trasformatore): K B ab Il rapporto di trasformazioe dipede dal ollegameto delle fasi primarie e seodarie 1

13 CLSSIFICZIONE Seguedo le Norme CEI, la lassifiazioe dei trasformatori trifase segue i segueti riteri: il ollegameto a stella viee idiato o Y al primario e o y al seodario; il ollegameto a triagolo viee idiato o D al primario e o d al seodario; viee idiato lo sfasameto tra tesioi primarie e seodarie del trasformatore; ioè la differeza di fase (fase della gradezza primaria - fase della gradezza seodaria) tra due tesioi priipali di fase orrispodeti. Nel alolo dello sfasameto vegoo trasurati gli effetti dissipativi; i tal modo lo sfasameto risulta essere sempre u multiplo di 30. Dividedo l agolo di sfasameto per 30 si assoia a tale gradezza u umero da 0 a 11 he idividua il gruppo di apparteeza del trasformatore. 13

14 PRLLELO DEI TRSFORMTORI a b 1 B a B b - a b ffihé il parallelo tra due trasformatori fuzioi orrettamete a vuoto, devoo essere verifiate le segueti odizioi: a a a b - b a b b I trasformatori devoo avere le stesse tesioi omiali sia primaria he seodaria. Se osì o fosse, si avrebbe ifatti, el fuzioameto a vuoto, ua irolazioe di orrete ella maglia ostituita dagli avvolgimeti seodari dei trasformatori ollegati i parallelo (maglia aa - ba -bb - ab - aa della figura). Nel aso di trasformatori trifase, questi devoo avere lo stesso gruppo di apparteeza. Se i due trasformatori trifase, pur verifiado la odizioe di ui al puto 1, avessero diversi gruppi di apparteeza, sarebbe omuque presete, el fuzioameto a vuoto, ua irolazioe di orrete ei seodari dei trasformatori, dovuta alla differeza di fase delle f.e.m. idotte ei due avvolgimeti seodari i parallelo. 14

15 PRLLELO DEI TRSFORMTORI 1 - a B a b B b ffihé il parallelo tra due trasformatori fuzioi orrettamete a ario, devoo essere verifiate le segueti odizioi: - a a b a a a b b b b Le orreti seodarie soo i fase tra loro. La poteza erogata si ripartise tra i due trasformatori i maiera proporzioale alle rispettive poteze appareti omiali. ffihé iò aada I due trasformatori devoo avere: la stessa tesioe di orto-iruito lo stesso fattore di poteza di ortoiruito 15

16 TRSFORMTORI SPECILI I 1 1 I I - I uto-trasformatore: è presete u solo avvolgimeto (maa quidi l isolameto elettrio tra il iruito primario e quello seodario) I odizioi omiali fuzioa ome u trasformatore o due avvolgimeti ma risulta eoomiamete oveiete. B 1 Trasformatore voltmetrio T E ostruito i modo da redere trasurabili le perdite el rame, el fuzioameto a vuoto: 1 K I 1 I Trasformatore amperometrio T E ostruito i modo da redere trasurabili le perdite el ferro, el fuzioameto i orto-iruito: I K I 1 16