Classe 3ael prof. Pollini Stefano

Classe 3ael prof. Pollini Stefano

A vuoto

V1 Fase 1 Il trasformatore è scollegato dal generatore

V1 Im Fase 2 Viene chiuso l interruttore e comincia a circolare corrente Im (corrente magnetizzante). Essendo il circuito induttivo, la corrente è Sfasata di 90 rispetto alla tensione

V1 Im Φc Fase 3 Per la legge di Hopkinson si crea un flusso nel circuito magnetico In fase con la corrente Φc = (N1 x Im)/R

V1 Im Φc Fase 4 Per la legge di Lenz il flusso alternato crea delle tensioni indotte sui 2 avvolgimenti. La tensione E1 si oppone alla tensione che l ha generata. E2 E1=-V1 E1 = - N1 x Φc / t E2 = - N2 x Φc / t

V1 Im Φc Fase 5 La tensione E2 confluisce sui morsetti secondari del trasformatore e viene misurata dal voltmetro. La tensione V2 è circa uguale alla tensione E2 indotta sull avvolgimento secondario E2=V2 E1=-V1 V1 / V2 E1 / E2 = N1 / N2 = Kn

A carico

V1 Im Φc E2=V2 Fase 1 Il carico è scollegato. Sul circuito secondario non scorre corrente. E1=-V1

V1 Im Φc Fase 2 Si chiude l interruttore e sul carico circola corrente I2 e viene erogata una potenza P2 I2 ϕ2 E2=V2 E1=-V1 I2 = V2 / Z P2 = V2 x I2 x cosϕ2

V1 Im Φc N2xI2 Fase 3 La corrente I2 produce nel nucleo magnetico un flusso in fase con la corrente I2 ϕ2 E2=V2 E1=-V1 Φ2 = (N2 x I2)/R

V1 N1xI1 I1 Im Φc N2xI2 Fase 4 Per mantenere costante il flusso Φc il generatore invia una corrente I1 (detta di reazione) tale che il flusso Φ2 viene compensato da Φ1 Φ2 = - Φ1 N2 I2 = - N1 I1 1 / I2 I = N2 N / N1 N = 1 /Kn I1 I2 ϕ2 E2=V2 E1=-V1

V1 N1xI1 I1 I1 Im Φc N2xI2 Fase 5 Le correnti Im e I1 sullo stesso circuito si sommano vettorialmente e danno luogo alla corrente I1 I2 ϕ2 E2=V2 E1=-V1 I1 = I1 + Im

Schema elettrico del trasformatore

Trasformatore Ideale = macchina senza perdite (η=1). Vengono trascurate perdite nel rame e nel ferro. Il rapporto di trasformazione coincide con il rapporto spire.

Trasformatore reale = Le resistenze degli avvolgimenti non sono nulle. I flussi dispersi creano reattanze di dispersione su ogni avvolgimento. Le perdite nel ferro vengono rappresentate da una resistenza R0. La X0 rappresenta la reattanza di magnetizzazione che crea la Im.

Xd1 = ω Ld1 = w Φd1/I1 Xd2 = ω Ld2 = w Φd2/I2

Rendimento del trasformatore η = Pu / Pi = P2 / (P2 + R1 I1 2 + R2 I2 2 + Pfe)

Schema elettrico EQUIVALENTE del trasformatore

Xd1 I1 2 + Xd2 I2 2 = Xdeq I2 2 R1 I1 2 + R2 I2 2 = Req I2 2 Xdeq = Xd2 + Xd1/K0 2 Req = R2 + R1/K0 2

Rendimento del trasformatore η = Pu / Pi = P2 / (P2 + R1 I1 2 + R2 I2 2 + Pfe) = P2 /(P2 + Req I2 2 + P0)

Dati di targa di un trasformatore

Trasformatore Monofase Trasformatore Trifase Sn = V1n I1n = V2n I2n Sn = 3 V1n I1n = 3 V2n I2n La potenza nominale del trasformatore è fornita in VA (o kva o MVA) ed è riferita al servizio continuo Le tensioni nominali (V1n e V2n) sono le tensioni di funzionamento degli avvolgimenti e per le quali la macchina è costruita. Tali tensioni non possono essere superate (con una tolleranza di massimo il 10%) Le correnti nominali (I1n e I2n) sono le correnti di funzionamento degli avvolgimenti e per le quali la macchina è costruita. Tali correnti non possono essere superate (con una tolleranza di massimo il 10%)

Trasformatore Monofase Trasformatore Trifase K0 = V1n / V2n (Dipende dal gruppo angolare vedi più avanti) E il rapporto tra la tensione primaria e la tensione secondaria (a vuoto) Il rapporto di trasformazione a vuoto è molto simile al rapporto spire perché: K0 = V1n / V2n E1 / E2 = N1 / N2 = Kn

Trasformatore Monofase Trasformatore Trifase P0% = P0 100/ Sn I0% = I0 100/ I1n P0% = P0 100/ Sn I0% = I0 100/ I1n Perdite a vuoto riferite alla potenza nominale. Le perdite a vuoto (cioè con I2=0) sono molto prossime alle perdite nel ferro. Si misurano in W La corrente a vuoto è molto prossima alla corrente magnetizzante Im. cos ϕ0 = P0% / I0% Coseno dell angolo di sfasamento tra tensione V1 e corrente a vuoto. Il suo valore è prossimo a 0 (tra 0,1 e 0,3) in quanto lo sfasamento tensione corrente è circa 90

Trasformatore Monofase Trasformatore Trifase Pcc% = Pcc 100/ Sn Vcc% = Vcc 100/ V1n Pcc% = Pcc 100/ Sn Vcc% = Vcc 100/ V1n La tensione di corto circuito si misura quando, con il secondario in corto circuito, circolano sul trasformatore le correnti nominali. Le tensioni di corto circuito variano da circa il 4% (grandi trasformatori) a circa 10% (piccoli trasformatori) Perdite in corto circuito si ottengono a tensione ridotta (Vcc). Tali perdite coincidono con le perdite nel rame. Si misurano in W. cos ϕcc= Pcc% / Vcc% Coseno dell angolo di sfasamento tra tensione V1cc e corrente I1n. I valori di questa grandezza sono circa 0,4-0,6.

Trasformatore Monofase Non previsto Trasformatore Trifase Gruppo Angolare Vedi più avanti. E il modo in cui sono collegati gli avvolgimenti trifase sul primario e sul secondario e lo sfasamento tra tensione primaria e secondaria diviso per 30. I gruppi unificati sono: 0, 5, 6 e 11 Gruppo 0 = sfasamento di 0 (Le tensioni V1n e V2n sono in fase) Gruppo 5 = sfasamento 5x30=150 (Le tensioni V1n e V2n sono sfasate di 150 ) Gruppo 6 = sfasamento 6x30=180 (Le tensioni V1n e V2n sono sfasate di 180 ) Gruppo 11 = sfasamento 11x30=330 (Le tensioni V1n e V2n sono sfasate di 330 ) D = collegamento a triangolo sul primario d = collegamento a triangolo sul secondario Y = collegamento a stella sul primario y = collegamento a stella sul secondario N = Neutro accessibile sul primario n = Neutro accessibile sul secondario

AN AF ONAN OFAN ONAF OFAF OFWF Sistemi di raffreddamento (Air Natural) trasformatori a secco o in resina con circolazione naturale dell aria. (Air Forced) trasformatori a secco o in resina con circolazione forzata dell aria tramite ventilatori (Oil Natural, Air Natural) Trasformatori immersi in olio e chiusi dentro un cassone dove l olio circola naturalmente per convezione. All esterno del cassone l aria raffredda il trasformatore circolando liberamente. (Oil Forced, Air Natural) Trasformatori immersi in olio e chiusi dentro un cassone dove l olio circola raffreddando il nucleo e gli avvolgimenti spinto da pompe. All esterno del cassone l aria raffredda il trasformatore circolando liberamente. (Oil Natural, Air Forcedl) Trasformatori immersi in olio e chiusi dentro un cassone dove l olio circola naturalmente per convezione. All esterno del cassone l aria raffredda il trasformatore tramite ventilazione forzata da ventilatori. (Oil Forced, Air Forced) Trasformatori immersi in olio e chiusi dentro un cassone dove l olio circola raffreddando il nucleo e gli avvolgimenti spinto da pompe. All esterno del cassone l aria raffredda il trasformatore tramite ventilazione forzata da ventilatori. (Oil Forced, Water Forced) Trasformatori immersi in olio e chiusi dentro un cassone dove l olio circola raffreddando il nucleo e gli avvolgimenti spinto da pompe. Il raffreddamento dell olio avviene in scambiatori in cui circola acqua forzata.

Aspetti costruttivi

Trasformatori in aria (a secco)

Trasformatori in olio Potenza

Trasporto di grandi trasformatori

viste di avvolgimenti montati sul nucleo e bobina in fase di costruzione

Trasformatori in resina

Collegamenti sul primario e sul secondario