Principi di ingegneria elettrica. Principi di elettromeccanica. Lezione 18 a. Trasformatore

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Principi di ingegneria elettrica. Principi di elettromeccanica. Lezione 18 a. Trasformatore"

Lorenza Riccio
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Principi di ingegneria elettrica Lezione 8 a Principi di elettromeccanica Trasformatore

2 Il trasformatore

4 Trasformatore ideale

6 Trasformatore ideale Un trasformatore può considerarsi ideale quando sussistano le seguenti semplificazioni: assenza di fenomeni dissipativi; circuito primario e secondario perfettamente accoppiati (il flusso magnetico prodotto in uno dei due circuiti si concatena totalmente con l'altro circuito) permeabilità magnetica infinita (riluttanza del circuito magnetico nulla) Il funzionamento del trasformatore si basa sulla legge di Faraday- Neumann-Lenz, la quale stabilisce il legame tra i flussi magnetici variabili nel tempo e le tensioni indotte.

7 Circuito primario tensione alternata applicata al primario U corrente magnetizzante I µ flusso magnetico alternato nel nucleo Φ forza elettromotrice indotta E = U E I E E ) ( ) ( N j N Φ Φ I N N j Φ N Φ j dt t dφ t e C = = = = = = ω ω ω µ µ R R R µa l Φ I N m = = R R µ

8 Circuito secondario flusso magnetico alternato nel nucleo Φ forza elettromotrice indotta nell avvolgimento secondario E 2 = E /k k N N N Φ j N Φ j N Φ j dt t dφ t e C = = = = = E E E ) ( ) ( ω ω ω

9 Trasformatore sotto carico Il circuito secondario viene chiuso su una impedenza di carico; circola una corrente (I 2 ) al secondario, che a sua volta produce un flusso magnetico alternato che tende a smagnetizzare il nucleo; poiché la tensione primaria è mantenuta costante dal generatore, il flusso risultante non può cambiare; il circuito primario richiama una nuova corrente (corrente di richiamo o di reazione: I r ) in grado di compensare l'azione smagnetizzante della corrente secondaria e affinché la compensazione sia efficace deve risultare: N2 NI r = N2I2 I r = I2 N La corrente di richiamo si somma vettorialmente alla corrente magnetizzante e dà luogo alla corrente primaria: I + = I µ Ir

10 X I X 2 I 2 Z I R I Z 2 I 2 R 2 I 2 U -E U 2 ϕ ϕ' E 2 ϕ' 2 I ϕ 2 U = E I' I 2 I = I + I µ r I 0 I 0 E = U = Z I E E I ' = k = ϕ ' = ϕ ' I k U U k U Z k Z I I I k 2 2 = = = = 2 r 2 I µ Diagramma vettoriale al primario Diagramma vettoriale al secondario

11 Parallelo Due trasformatori sono in parallelo se i loro primari vengono alimentati dalla stessa linea ed i loro secondari erogano potenza su un comune circuito. Il collegamento in parallelo viene adottato: per potenziare un impianto; per aumentare l'affidabilità dell'impianto (dato che la probabilità di un guasto contemporaneo è remota); per migliorare il rendimento energetico in quanto a carico ridotto si può lasciare in funzione una sola macchina.

12 Parallelo La corrente erogata da ciascun trasformatore corrisponde alla suddivisione della corrente di carico, ma a questa si può sommare una corrente indipendente dal carico, circolante tra i due secondari anche a vuoto. Se i due trasformatori hanno la stessa potenza nominale, gli stessi rapporti di trasformazione Ka = Kb e la stessa impedenza serie Za = Zb, allora la corrente di circolazione è nulla e le correnti sono pari a metà della corrente di carico: questa è la ripartizione ideale. Se i due trasformatori hanno potenze nominali diverse ma lo stesso rapporto di trasformazione, la corretta ripartizione si realizza se la corrente in ogni macchina è proporzionale alla potenza nominale della macchina che la eroga e se le correnti sono in fase con la corrente di carico. Questo comporta che sia soddisfatta la condizione ZaIa = ZbIb

13 Parallelo trifase Il circuito equivalente di un trasformatore trifase è riducibile a quello di un trasformatore monofase. Per il funzionamento in parallelo delle macchine trifasi valgono le stesse considerazioni fatte per le macchine monofasi. Per un parallelo corretto le due macchine devono avere uguale rapporto di trasformazione ed uguali componenti (resistiva e reattiva) della tensione di corto circuito. Inoltre, i secondari delle due macchine (sottoposte alla stessa terna di alimentazione primaria) devono presentare due terne di tensioni con la stessa fase rispetto ad un comune riferimento (oltre che essere uguali in modulo per effetto dello stesso rapporto di trasformazione).

14 Parallelo trifase Lo sfasamento si valuta pensando la macchina funzionante a vuoto con i morsetti A,B,C connessi alle analoghe fasi della rete di alimentazione (che impone un sistema simmetrico di tensioni concatenate), tracciando i diagrammi fasoriali e valutando l'angolo di ritardo della tensione concatenata secondaria rispetto alla rispettiva tensione concatenata primaria. Poiché che l'angolo in questione è sempre un multiplo di 30, lo sfasamento viene designato da tale multiplo, che prende il nome di indice orario, perché corrisponde al numero sul quadrante di un orologio su cui punta la tensione di fase a della bassa tensione quando l'omonima dell'alta tensione sia disposta sulle ore 2.

15 Parallelo trifase Tutti i collegamenti che danno luogo al medesimo sfasamento costituiscono un gruppo, designato dal numero dell'indice orario. La designazione completa dei collegamenti di un trasformatore trifase si effettua facendo seguire alle lettere rappresentative delle connessioni primarie e secondarie, il numero dell'indice orario (ad esempio Yy0, Yd,...). Possono funzionare in parallelo solo trasformatori dello stesso gruppo. I gruppi possibili sono 2 rappresentati dai numeri da 0 a.

20 Dati di targa Il trasformatore, come tutte le macchine, è caratterizzato da una targa che riporta i valori nominali di funzionamento, che servono a definire le prestazioni della macchina. La temperatura di esercizio è importante per l efficienza e la durata degli isolanti e dipende dalle perdite di potenza interne alla macchina: perdite nel ferro, che sono funzione del quadrato della tensione applicata perdite nel rame, che sono funzione del quadrato della corrente negli avvolgimenti. I valori nominali sono quei valori che le grandezze elettriche possono assumere garantendo il corretto funzionamento della macchina: sono i valori per i quali la macchina è stata progettata anche per garantire il più alto rendimento possibile.

21 Dati di targa Per il trasformatore, i più importanti dati di targa sono: a) la frequenza nominale fn [Hz]; b) le tensioni nominali primaria Vn [V] e secondaria V20n [V] (concatenate per la macchina trifase), in valore efficace e riferite al funzionamento a vuoto; c) il rapporto nominale di trasformazione d) le correnti nominali primaria In [A] e secondaria I2n [A], in valore efficace e riferite ai terminali di collegamento del trasformatore alle linee; e) la potenza nominale definita come: Sn = Vn In = V20n I2n [VA] per il trasformatore monofase Sn = 3 Vn In = 3 V20n I2n [VA] per il trasformatore trifase

22 Dati di targa f) le perdite a vuoto espresse in percento della potenza nominale P 0 %, la corrente assorbita a vuoto in percento della corrente nominale I 0 %, il f.d.p. a vuoto cosφ 0 quando il trasformatore è alimentato a tensione e frequenza nominali; g) le perdite in cortocircuito espresse in percento della potenza nominale Pcc%, la tensione applicata in corto circuito in percento della tensione nominale Vcc%, il f.d.p. in corto circuito cosφ CC quando il trasformatore ha i morsetti d'uscita cortocircuitati, ha gli avvolgimenti percorsi dalle correnti nominali e la temperatura è quella convenzionale di riferimento; h) il gruppo (o la famiglia) d'appartenenza, solo per i trasformatori trifase; i) la classe d'isolamento, che definisce la temperatura convenzionale di riferimento; l) il tipo di servizio (continuo, di durata limitata, intermittente).

23 Dati di targa Si definisce primario l'avvolgimento di alta tensione (anche se il trasformatore viene utilizzato come elevatore di tensione), e i morsetti dei due lati (di alta e bassa tensione) si identificano mediante lettere maiuscole dal lato di alta tensione e minuscole dal lato di bassa tensione, usando la stessa lettera per i morsetti dei due lati che si corrispondono (che assumono contemporaneamente il potenziale positivo o negativo). Dovendo valutare la qualità di un trasformatore dopo averlo sottoposto alle varie prove, è utile fare riferimento ai valori espressi dalle macchine costruite a regola d'arte, messi a disposizione dalle aziende costruttrici o fornitrici di TR a norma.

24 Sn [kva] Po % Io % Pcc % Vcc % η % 0, , , 6 0 4, , ,6 5, ,66 3, 2,2 4 96,6 00 0,43 2,9,9 4 97, ,24 2, , ,235,8,7 4,4 98,3 N.B.: la tabella fa riferimento ai trasformatori trifasi, per adattarla ai monofase bisogna scegliere la riga relativa alla potenza di targa tre volte più grande di quella del trasformatore monofase interessato. Il rendimento è riferito al funzionamento a pieno carico e fattore di potenza d'uscita pari a 0,8r.

Documenti analoghi

TASFORMATORI. I trasformatori sono macchine elettriche:

TASFORMATORI. I trasformatori sono macchine elettriche: TASFORMATORI Trasformatori I trasformatori sono macchine elettriche: 1. statiche, cioè non hanno parti in movimento; 2. funzionanti a corrente alternata sinusoidale; 3. Reversibili: l ingresso può diventare