1.Noţiuni generale despre transformatoare
Transformatorul electric este o maşină electromagnetică statică de curent alternativ, care transformă o energie electromagnetică primară de anumiţi parametrii (u1,i1) într-o energie electromagnetică secundară de alţi parametrii (u2,i2), frecvenţa rămane insă constantă (f1=f2=ct.). Cei doi parametrii care ne dau puterea: u-tensiunea şi i-curentul, suferă prin transformare schimbări inverse, astfel dacă tensiunea se micşorează, curentul se măreşte şi invers.La baza funcţionării transformatorului stă principiul inducţiei electromagnetice.
Din punct de vedere constructiv, transformatorul are două părţi principale:
1)circuitul magnetic- reprezentat de miezul de fier şi construit din tole de oţel
electrotehnic pentru reducerea pierderilor în fier;
2)circuitele electrice- reprezentate de două sau mai multe înfăşurări din Cu
sau Al, realizate în jurul circuitului magnetic, fiind deci cuplate electromagnetic.
Infăşurarea care primeşte energia de la o sursă se numeşte infăşurare primară, iar cea care cedează energia unei reţele sau unui consumator se numeşte infăşurare secundară. După cum tensiunea înfăşurării secundare este mai mare sau mai mică decat cea a înfăşurării primare, transformatorul este ridicător sau coborator de tensiune.
Schematic un transformator monofazat, care are două înfăşurări este reprezentat în figura 1. Фu i1 N1 N2 i2 u1 u2 zs i2 Фσ1 фσ2
fig.1
u1 - tensiunea de alimentare a primarului;
i1 - curentul din primar, cand în secundar avem legată impedanţa de sarcină zs;
u2 - tensiunea la bornele secundarului rezultată prin inducţie electromagnetică;
i2 - curentul din secundar;
фσ1,фσ2 - fluxurile de scăpări ale primarului şi secundarului;
N1,N2 - numărul de spire a înfăşurării primare respectiv secundare.
După numărul de faze putem avea transformatoare monofazate, trifazate sau speciale (ex:tri-hexafazate).
Rolul circuitului magnetic:
1)Concentrarea liniilor de câmp
2)Sustinerea înfasurarilor
3)Transmiterea cuplului , fortelor
4)Transmiterea caldurii
Regimul nominal al transformatorului: este regimul definit de ansamblul valorilor mărimilor înscrise pe plăcuţa indicatoare a transformatorului şi care caracterizează funcţionarea în condiţii prescrise (regimul de sarcină pentru care a fost proiectat).
Datele nominale ale unui transformator sunt:
. puterea nominală-SN (VA)- reprezintă puterea aparentă la bornele circuitului secundar;
. tensiunea nominală primară-U1N(V)-reprezintă tensiunea aplicată înfăşurării primare în regim nominal;
. tensiunea nominală secundară-U2N(V)-este tensiunea rezultată la bornele secundare, la mersul în gol, primarul fiind alimentat cu tensiunea U1N ;
. raportul nominal de transformare- k- este raportul între tensiunea primară şi cea secundară la mersul în gol;
. curentul nominal (primar şi secundar)- curentul de linie I1N,I2N(A);
. tensiunea nominală de scurtcircuit-usc-tensiunea aplicată unei înfăşurări cand cealaltă este legată în scurtcircuit, iar în înfăşurarea alimentată curentul are valoare nominală;
. frecvenţa nominală- 50Hz în Europa, 60 în America de Nord;
. randamentul-η;
. schema şi grupa de conexiuni.
In funcţie de utilizarea lor, putem avea mai multe tipuri de transformatoare :
-transformatoare de putere -folosite în transportul şi
distribuţia energiei;
-transformatoare speciale de putere-folosite pentru alimentare
Cuptoarelor metalurgice, a redresoarelor etc.
-transformatoare pentru reglarea tensiunii;
-autotransformatoare;
-transformatoare de măsură;
-transformatoare pentru încercări de izolaţie de înaltă
tensiune.
2.SISTEMUL MAGNETIC: Parti componente,Exemple, Materiale utilizate la realizarea sistemelor masnetice, Materiale speciale utilizate pentru constructia miezurilor magnetice,Clasificarea sistemelor magnetice
Un sistem magnetic este alcatuit din coloane si juguri.Coloana transformatorului reprezinta partea sistemului magnetic pe care, sau in jurul careia,sunt dispuse infasurarile transformatorului.Jugul transformatorului reprezinta partea sistemului magnetic care nu are mias.urari §i care serveste la inchiderea circuitului magnetic.
Jugurile transformatoarelor pot fi:
- juguri laterale
- juguri frontale.
Jugurile laterale sunt cele care leaga cele doua capete ale uneia si aceleiasi coloane (Fig. 2.1), jugul lateral are o parte laterala a carei axa este perpendiculara pe axa coloanei.
Fig .2.1 Exemple de sisteme magnetice cu juguri laterale
a) sistem magnetic monofazat in manta;
b) Sistem magnetic monofazat cu coloane si in manta;
c) Sistem magnetic trifazat cu coloane si in manta (sistem magnetic cu cinci coloane)
1) coloane; 2) juguri frontale
Jugul frontal este cel care leaga capetele a doua sau mai multe coloane diferite (Fig. 2.2).
Fig. 2.2
1-coloane; 2-juguri frontal;
Exemple de sisteme magnetice cu juguri frontale:
a) Sistem magnetic monofazat cu coloane;
b) Sistem magnetic trifazat plan cu coloane.
In fig. 2.3 sunt prezentate formele tipice ale sectiunilor prin jug.
Figura2.3. Din punct de vedere constructiv coloanele se clasifica astfel: -coloana cu tesere plana; -coloana cu tesere radiala; -coloana cu tesere in evolventa..
Coloana transformatorului asamblata din pachete paralelipipedice de tole (grup de tole de aceeasi dimensiune) reprezinta coloana cu tesere plana (Fig. 2.4).
Coloana unui sistem magnetic cu intrefier asamblata din tole de aceeasi latime, dispuse practic in directii radiale formand sectiunea circulara transversala a coloanei reprezinta coloana cu tesere radiala (Fig. 2.5).
Coloana unui sistern magnetic cu intrefier asamblata din tole de aceeasi latime, deformate in asa fel incat, in sectiunea transversala, a coloanei, toate tolele sa aiba forma de evolventa si impreuna sa formeze practic cilindru circular drept, reprezinta coloana cu tesere in evolventa (Fig. 2.6).
Fig. 2.4.
Exemple de coloane cu tesere plana
a) - sectiune transversala in trepte fara canale de racire;
b) - sectiune transversala in trepte cu canale de racire longitudinale;
c) - secfiune transversala in trepte cu canale de racire longitudinale si transversale.
Fig.2.5 Coloana cu tesere radiala.
Fig. 2.6. Coloana cu tesere evolventaConsideratiile privind dimensionarea coloanelor cu tesere radiala si in evolventa sunt prezentate in anexa A I
Consolidarea mecanica a sistemelor magnetice consta in consolidarea jugurilor frontale, a jugurilor laterale si a coloanelor.
La transformatoarele de putere mica si medie, jugurile sunt consolidate prin presare cu grinzi de lemn (Fig. 2.7 a)), iar la cele de putere mare cu ajutorul unor grinzi din otel laminat cu profil U (Fig. 2.7 b)), sau cu ajutorul unor grinzi sudate(Fig. 2.7 c)).
Fig. 2.7. a)
Miezul unui transformator de
putere 160 VA, cu grinzi de jug
de lemn.
Fig. 2.7. b)
Miezul unui transformator de 1000 VA putere, cu grinzi din otel profilat.
1) - vederea miezului; 2) - modul de izolare a
grinzilor fata de jug.
Fig. 2.7. c)
Miezul unui transformator trifazat (10 MVA, 63/16, 5 KV, 50 Hz) din tole cu cristale orientate, fara gauri pentru suruburi.
Pentru consolidarea coloanelor si a jugurilor laterale, se utilizeaza fie buloane de strangere (Fig-2.8), fie benzi din otel (Fig. 2.9.).
Fig. 2.8. Izolatia de strangere a buloanelor
a) - suruburi cu rondele individuale;
1) - rondela de strangere de otel; 2) - rondela de prespan; 3) - tub izolant;
b) - perechea de buloane cu rondela comuna intr-o parte;
1) - rondela de strangere de otel pentru un bulon;
2) rondela de prespan;
3) - rondela de otel sub piulita; 4) - rondela de prespan;
5) - rondela de strangere de otel pentru doua suruburi; 6) - tub izolant.
Fig. 2.9.
Presarea coloanelor transformatoarelor de putere cu benzi din otel (1-otel feromagnetic, 2 - Centura de carton, 3 - Centura de otel) La constructiile moderne sunt utilizate benzi de strangere cu fibre de sticla tennocontractabile (Fig.2.10).
Fig. 2.10.
Presarea coloanelor transformatorului de putere cu benzi din sticla (1 - otel; 2 - Centura din banda de sticla)
La transformatoarele cu puteri mici si mijlocii strangerea tolelor se
realizeaza cu ajutorul unor pene de lemn introduse intre cilindrul electroizolant al infasurarii si tolele miezului (Fig. 2. 11.).
Fig. 2.11.
Presarea coloanei transformatorului
1 - cilindru izolant; 2 - barele de sprijin; 3 - miezul.
2.2 Materiale utilizate la realizarea sistemelor masnetice
In majoritatea cazurilor sistemele magnetice ale transformatoarelor se realizeaza din tabla electrotehnica, care reprezinta in fapt un material magnetic moale (adica, un material cu ciclu de histerezis ingust).
Laminarea materialului sub forma de tole de diferite grosimi (0.65 mm; 0.50 mm; 0.35 mm; etc.) conduce la reducerea componentei pierderilor prin curenti turbionari indusi de campurile variabile caracteristice aplicatiilor de curent alternativ.In prezent se fabrica o mare varietate de tole magnetice, proiectantul urmand sa aleaga, in functie de puterea si caracteristicile principale ale masinii electrice, sortimentul cel mai potrivit aplicatiei concrete.Din punct de vedere al calcului de proiectare a unei masini, calitatea unei tole este reprezentata de urmatoarele elemente:
a) Pierderile specifice (W/Kg) la magnetizare in camp alternativ sinusoidal, pierderi care au loc prin histerezis si prin curenti turbionari. La tolele uzuale de grosime 0.5 mm si la 50 Hz, pierderile prin histerezis reprezinta aproximativ 60-70% din pierderile totale, in functie de gradul de aliere cu siliciu. La frecventa constanta a campului de magnetizare, pierderile totale sunt aproximativ proportionate cu patratul inductiei magnetice, rezultand o curba de pierderi p=f(B) parabolica.
Pentru tolele destinate masinilor electrice rotative se garanteaza de obicei valorile pierderilor la 50 Hz, corespunzatoare inductiilor de 1 T si 1.5 T notate cu P10/50 si P15/50.In mod similar, pentru tolele destinate transformatoarelor, se garanteaza pierderile de 1.5 T sau 1.7 T, notate P15/50 si P17/50.Pentru aplicatii care implica frecvente diferite de 50 de Hz, furnizorii de tole includ in cataloage curbe complete din care se poate deduce dependenta pierderilor specifice totale cu inductia si frecventa. Pentru frecvente de 400...2500 Hz se elaboreaza sortimente speciale, de grosime redusa (0.1-0.15-0.20 mm) si cu un procent de siliciu mai ridicat, in vederea reducerii pierderilor prin curenti turbionari.
b) Caracteristica de magnetizare a tolei, adica dependenta inductie-camp, B=f(H), la magnetizare alternativa sinusoidala.
O tola este cu atat mai buna cu cat are o caracteristica de magnetizare mai ridicata, adica cu cat se obtine o inductie mai buna la acelasi camp exterior imprimat.Tolele destinate masinilor electrice rotative se caracterizeaza prin trei puncte principale, prin valorile inductiei B25,B50,B100 corespunzatoare campurilor de excitatie de 25, 50 si 100 A/cm. Aceste valori se pot verifica pe esantioane standard, de pilda prin metoda cadrului Epstein (STAS 7758-75) si reprezinta obiecte de garantie pentru un anumit sortiment de tabla.Tolele destinate transformatoarelor de putere se caracterizeaza de obicei numai prin inductia Bg corespunzatoare campului de 8 A/cm.
c) Factorul de umplere (impachetare) a fierului, notat Kfe este raportul dintre lungimea totala efectiva a fierului dintr-un pachet de tole si lungimea totala(geometrica) a pachetului. Este un factor subunitar care depinde de grosimea tolei, de calitatea suprafetei, precum si de grosimea peliculei izolante, care poate fi de natura organica (lacuri electroizolante de acoperire) denumite de tip C3 sau anorganica (oxizi de fier, fosfati etc.), denumita de tip C5.
Alte proprietati ale tolei, cum sunt duritatea superficiala sau rezistenta electrica a izolatiei, desi nu fac obiectul garantiei furnizorului, prezinta importanta din punct de vedere al caracteristicilor de functionare ale masinii sau din punct de vedere al tehnologicitatii fabricatiei.
Tolele magnetice se pot clasifica dupa cum urmeaza:
a) Din punct de vedere al dependentei proprietatilor magnetice cu directia de laminare, tolele pot fi:
- cu cristale orientate (denumite uzual tole pentru transformator)
-cu cristale neorientate (pentru masini electrice rotative).
In directia de laminare proprietatile magnetice sunt mai bune decat in directia perpendiculara. Fenomenul este urmarit in mod deosebit in fabricatia tolelor de transformator, unde campul de excitatie are o directie constanta, dar devine nedorita in cazul masinilor electrice rotative, unde este necesara o izotropie a proprietatilor magnetice datorita solicitarii materialului dupa toate directiile. Din acest motiv, standardele de tole neorientate limiteaza de obicei anizotropia magnetica din punct de vedere al pierderilor.
Tolele cu cristale orientate pot fi fabricate in doua variante:
-cu textura -normala
- cubica.
Pentru a intelege dependenta proprietatilor magnetice in functie de directia de laminare este necesara legatura cu coeficientii cristalografici a lui Muller.
Se cunoaste ca monocristalul de fier se magnetizeaza in mod diferit in directii diferite. Astfel, din fig. 2.2.1, unde este prezentat un monocristal de fier, rezulta ca se poate vorbi de trei directii principale de magnetizare,si anume:
- directia de magnetizare usoara, de-a lungul muchiei (1) 100,
- directia de magnetizare medie, de-a lungul diagonalei suprafetelor laterale (2) 110;
-directia de magnetizare grea, de-a lungul diagonalei cubului (3) 311.
Fig. 2.2.1. .
Directiile de magnetizare usoara (100), medie (110), si grea (111), pentru cristale de fier.
In tabla normala laminata la cald, cristalele sunt dispuse haotic (fig.2.2.2 a)). Dispunerea cristalelor in tabla laminata la rece este aratata in figura 2.2.2 b). De aceea, acest gen de tabla se numeste textura sau cu cristale orientate. Este bine sa se foloseasca aceasta denumire, deoarece se fabrica si tabla laminata la rece, dar care nu are cristale orientate (in special pentru masini electrice).
Fig. 2.2.2.
Dispozitia cristalelor de fier in tabla silicioasa:
a) - laminata la cald; b) - laminata obisnuit, laminata la rece;
c) - cu textura cubica sagetile indica directiile de magnetizare usoara.
Din analiza figurilor 2.2.1 si 2.2.2 se vede ca o asemenea tabla are
permeabilitatea magnetica cea mai mare atunci cand directia fluxului
magnetic coincide cu directia de laminare, permeabilitatea este mai mica la
trecerea fluxului, transversal pe directia laminarii si este si mai mica pentru
valori intermediare ale unghiului dintre directiie de laminare si de trecere a
fluxului. In realitate, dispunerea cristalelor nu este exact cea aratata in
fig.2.2.2.b) si de aceea se poate spune ca,cu cat inclinatiile muchiiior
cristalelor fata de directia laminarii sunt mai mici si cu cat este mai redusa
cantitatea de cristale neorientate in aceasta directie, cu atat texturarea tolei
se considera, mai buna, iar caracteristicile electromagnetice principale
(permeabilitatea magnetica si pierderile specifice) mai favorabile.
Orientarea cristalelor in tabla cu textura cubica este ilustrata in fig. 2.2.2
c)Permeabilitatea magnetica a acestei table este mare atat in cazul trecerii fluxului in directia laminarii cat si in cazul trecerii in directie transversala pe aceasta.Permeabilitatea magnetica a tablei sub un unghi de 45° fata de directia laminarii, adica de-a lungul diagonalei suprafetei laterale a cubului, corespunde aproximativ permeabilitatii tablei cu textura normala in directie perpendiculara pe directia laminarii.
Tinand seama de cele de mai sus, este evident ca tabla silicioasa cu textura cubica poate sa fie utilizata cu succes pentru fabricarea de masini rotative. totusi,ea prezinta avantaje importante si in cazul utilizarii pentru transformatoare de putere. Avantajul cel mai important fata de tabla laminata la rece cu textura normala este acela ca nu mai este necesara imbinarea la 45° a jugurilor cu coloanele. De asemenea devine posibila utilizarea tablei laminate la rece pentru executia miezurilor pentru transformatoare mici, transformatoare de masura si altele, impachetate din tole stante sub forma de L, T, E etc.
Incercarile au aratat ca transformatoarele cu miez din tabla cu textura cubica are pierderile in fier de 1.65 ori mai mici decat acelasi transformator avand miez din tabla cu textura normala iar curentul de magnetizare este de doua ori mai mic. Miezurile au fost impachetate din tole sub forma, de I.
In tabelul 2.2.1 a) se prezinta principalele caracteristici magnetice si tehnologice ale tablelor de dinam (cu cristale neorientate) fabricate in tara:
TABELUL2.2.1
Inductia_magnetica minima,
t
in c.a. la un camp, [A/cm]
Anizotropia pierderilor,%,max
Nr.de_indoiri alternate min.
s\"s
IT
1.5T
B25
B50
BIOO
NO135-50
3
1.35
3.30
1.49
1.60
1.71
±14
3
7,65
NO 150-50
2.8
1.50
3.50
1.50
1.60
1.71
±14
5
7.65
NO170-50
2.5
1.70
4.00
1.51
1.61
1.72
±14
5
7.65
NO200-50
0.50
2
2.00
4.70
1.52
1.62
1.73
+12
0.97
10
7.70
NO230-50
1.7
2.30
5.30
1.54
1.64
1.75
±12
10
7.70
NO260-50
1.3
2.60
6.00
1.55
1.65
1.76
±12
10
7,75
N03 00-50
1
3.00
6.80
1.58
1.68
1.76
±12
10
7.75
NO360-50
1
3.60
8.10
1.58
1.68
1.78
±12
10
7,75
NO230-65
2
230
5.30
1.52
1.62
1.73
±14
5
7.70
NO260-65
0.65
1.7
2.60
6.00
1.54
1.64
1,75
±12
0.97
10
7,75
N0300-65
1.3
3.00
6.80
1.55
1.65
1.76
±12
10
7.75
NO3 60-65
1
3.60
8.10
1.58
1,68
1.77
±12
10
7.75
Observatii:
1) Factorul de spatiu este determinat pe epruvete neacoperite cu izolatie. La epruvete izolate factorul de spatiu se poate considera de minim 0.96.
2) Masa specifica nu se garanteaza.. Valoarea ei este luata in considerare la calculul pierderilor la magnetizare si a factorului de spatiu.
Valorile din tabel reprezinta elemente garantate de furnizorul de tabla. Din punct de vedere al marimilor magnetice se garanteaza toate cele trei
valori ale inductiilor (B25, B50 SI B100 ) dar se garanteaza numai o valoare a
pierderilor (de obicei p45/50), determinarile fiind efectuate pe esantioane
Epstein supuse unui tratament termic de imbatranire magnetica la 225 °C timp
de 24 ore.
In tabelul 2.2.1 b) se prezinta structura sortimentala si valorile garantate ale
tablelor de transformator fabricate in tara.2.2.1 b) Structura sortimentala si
valorile garantate ale tablelor de transformator fabricate in tara noastra.
Pierderi la
50 Hz W/[Kg]
1.5T
1.7T
GO 84-28
0.28
0.84
1.28
180
GO 89-28
0.28
0.89
1.36
1.77
GO 92-30
0.30
0.92
1.38
1.77
GO 95-28
0.28
0.95
1.48
1.75
GO 97-30
0.30
0.97
1.51
1.75
GO 101 -35
0.35
1.01
1.55
1.75
GO 106-28
0.28
1.06
1.66
1.75
GO 107-30
0,30
1.07
1.68
1.75
GO 111 -35
0.35
1.11
1.73
1.75
b) Din punct de vedere al modului de laminare - tolele pot fi laminate la cald sau la rece. Cu exceptia unor cazuri particulare (grosimi sub o valoare limita; continut de siliciu peste o anumita limita), in prezent s-a generalizat procedeul de laminare la rece, care ofera anumite avantaje tehnologice.
Astfel, in cazul laminarii la rece calitatea suprafetei tablei rezulta mai buna, ceea ce perrnite obtinerea unui factor de impachetare superior. De asemenea, campul de tolerante al grosimii tablei rezulta in limite mai restranse. Trebuie mentionat de asemenea, ca in cazul laminarii la rece pentru acelasi procent de aliere cu siliciu, rezulta pierderi specifice mai mici.
Dezavantajele procedeului de laminare le rece consta in aceea ca dispersia de fabricate din punct de vedere al proprietatilor magnetice sunt mai mari.
Tablele electrotehnice fabricate la C.O.S. Targoviste sunt laminate la rece.
c) Din punct de vedere al continutului de siliciu - tolele pot fi aliate cu siliciu (in proportie de 0,5...0.35 % sau chiar mai mult), sau fara siliciu, ca element de aliere. Continutul de siliciu are o importanta majora pentru proprietatile magnetice ale tolei in sensul reducerii pierderilor specifice totale, datorita reducerii in primul rand, a pierderilor prin curenti turbionari.
Odata cu reducerea pierderilor,siliciul are si o influenta nefavorabila asupra capacitatii de magnetizare a tolei, in special in zona inductiilor mari. Alierea tolelor cu siliciu prezinta deci un aspect contradictoriu in ceea ce priveste proprietatile magnetice de baza ale acestuia. Se vorbeste in aceste conditii despre o tola mai \"buna\" atunci cand ea convine siliciu mai mult si deci are pierderi specifice mai mari, aceasta deoarece pretul tolelor este determinat in primul rand de gradul de aliere. Proiectantul de masini electrice trebuie sa considere aceasta exprimare ca fiind impropie, deoarece un anumit sortiment de tabla este bun sau nu numai in raport cu o aplicatie data si aceasta corelare are atat aspecte tehnice, cat si aspecte economice.
In timp ce continutul de siliciu in tabla laminata la cald este de 4-4,5 %, rezultand prin aceasta o rezistenta specifica de 0.6-0.65 ohmi* mm /m, continutul de siliciu in tabla laminata la rece este de numai 2.5-3.5 %. Aceasta situatie este impusa de greutatile de laminare a tablei cu continut mare de siliciu. Din aceasta cauza, rezistenta specifica a tablei scade pana la 0.45-0.5 ohmi* mm/m.
Pierderile datorita curentilor Foucault sunt invers proportionale cu rezistenta specifica. De aceea, pentru tabla laminata la cald si laminata la rece, la 50 Hz si 15000 Gs, aceste pierderi sunt egale cu 0.45, respectiv 0.6 W/Kgf.
Aceasta usoara inrautatire a calitatilor tablei silicioase laminate la rece este insa compensata de scaderea brusca a pierderilor prin histerezis. Astfel, la cele mai bune sorturi de tabla silicioasa cu cristale orientate, pierderile prin histerezis in directia laminarii sunt aproape de doua ori mai mici decat la unghiuri cuprinse intre 55° si 90°. Pierderile histerezis prezinta mai putin de 50 % la incercarea in directia In minimi, in raport cu directia perpendiculara pe aceasta.
In trecut, tolele erau izolate cu hartie si cu lac (email). Asemenea transformatoare mai exista inca in exploatare. La ora actuala metodele si tehnologia de izolare a tolelor a evoluat. Cea mai mare raspandire o are carlitul (o izolatie ceramica realizata printr-un tratament termic si chimic al suprafetei tolei). In afara de izolatia pe baza de hartie, lac si oxid se utilizeaza in prezent izolatii rezistente la temperatura care permit recoacerea miezurilor la o temperatura de 800 °C. Din acest punct de vedere cea mai buna izolatie o reprezinta carlitul, o izolatie ceramica realizata printr-un tratament termic si chimic al suprafetei tolei.
Se folosesc de asemenea izolatii pe baza de fosfat de fier, sticla, silicat fero-manganic,silicat de magneziu. Urmarea faptului ca grosimea stratului izolant este foarte mica (cativa microni) iar suprafata tolei, in urma procesului de laminare la rece se obtine neteda, coeficientul Kpe este de peste 0.95. In cazul tablei silicioase laminate la rece izolate cu carlit KFe este 0.96-0.97.Avantajele sunt evidente pentru tabla de 0.3 mm izolata cu hartie groasa de 0,03 mm, coeficientul de izolatie este 0.84-0.85, iar izolata cu lac de 0.89-0.9.Fata de o grosime data, daca se aplica un singur strat de lac in ambele parti, grosimea create cu 0.015-0.02 mm.
2.3. Materiale speciale utilizate pentru constructia miezurilor magnetice
Tabla groasa de 0,35 mm are utilizarea cea mai larga, folosindu-se pentru confectionarea tolelor taiate sau stantate pentru miezuri normale.De remarcat faptul ca in prezent s-a asimilat fabricatia de banda de tabla silicioasa, avand grosimea de 0.03 mm si care este utilizata in radiotehnica si in sisteme electronice.Dupa cum s-a aratat, marimea continutului de siliciu ar contribui la o reducere mai mare a pierderilor prin curenti turbionari si ar micsora magnetostrictiunea, permeabilitatea aliajului ar creste. Fragilitatea crescanda insa CU marimea continutului de siliciu il limiteaza la 4,5 % pentru tolele laminate la cald si la 35 % pentru cele laminate la rece. S-a incercat o solutie prin adaos de nichel (5.5 %) putand astfel mari putin si continutul de siliciu (10.11). Marirea continutului de siliciu nu este insa sutlcient de mare, dar continutul de nichel scumpeste aliajul.
Rezultate mai bune s-au putut obtine cu adaos de aluminiu, prin inlocuirea partiala a siliciului (12...14), aluminiul avand acelasi efect ca siliciul. Aliajele astfel elaborate, laminate la cald, deci izotrope, au caracteristici magnetice superioare celor care contin numai siliciu si nefiind anizotrope, au aplicatie universala .Tendinta merge spre obtinerea unor astfel de aliaje in producfie de serie si caracteristici superioare.O categorie noua de materiale tehnice cu proprietati deosebite o reprezinta sticlele metalice.
Sticla obisnuita este un material silicatic care, nu a cristalizat in timpul racirii din stare lichida pana la temperatura ambianta. Alte substante, in special cele ale caror molecule au tendinta spre polimerizare, pot de asemenea, sa fie racite pana la temperatura ambianta fara sa cristalizeze. Spre deosebire de sticlele anorganice silicatice si oxidice si de sticlele polimerilor organici, care se obtin ca materiale solide amorfe conditii obisnuite de racire materialele metalice nu au putut fi obtinute in stare de sticla decat de curand, prin aplicarea unor viteze de racire a topiturii mai mari de un milion de grade pe secunda pentru a evita cristalizarea. Producerea sticlelor metalice in conditii aceptabile industrial si sub forma unor produse utilizabile tehnic constituie o realizare recenta care a avut ca rezultat aparitia unei noi clase de materiale ingineresti cu proprietati neobisnuite.In esenta, aceasta clasa de materiale cumplet noua - sticlele metalice - imbiba proprietatile caracteristice metalelor (maleabilitate, conductivitate electrica si termica, usurinta de magnetizare) cu proprietati caracteristice sticlelor (duritate si rezistenta la coroziune).
De la descoperirea lor, acum aproape 42 de ani, sticlele metalice au trecut de la simple curiozitati de laborator la situatia de produse tehnice asupra carora se efectueaza un numar impresionant de studii fundamentale si aplicative.Spre deosebire de materialele metalice obisnuite policristaline, sticlele metalice sunt materiale amorfe la fel ca si lichidele,cu o distributie aproape intamplatoare a atomilor. Din aceasta cauza ele nu prezinta caracteristicile structurale obisnuite pentru metalele si aliajele cristaline, ci sunt materiale omogene, atat la scara macroscopica, cat si la scara microscopica. Desi ordinea la lunga distanta, specifica cristalinitatii este absenta in sticlele metalice, o ordine la scurta distanta de natura topologica si chimica este prezenta. Interactiunile puternice exercitate la scurta distanta intre atomii constitutivi produc o gama de proprietati si comportari unice manifestate de sticlele metalice.Absenta cristalinitatii in sticlele metalice conduce la o asociere de proprietati mecanice, ductilitate si duritate neintalnita in materialele metalice cristaline. Astfel, aliajele fierului produse sub forma de sticla metalica\", au rezistenta de rupere la tracfiune de aproximativ 350 daN/mm2 si duritati vickers aproximativ 1000 daN/mm2, depasind cele mai mari valori obtinute in oteluri. In pofida acestei duritati extreme, sticlele metalice sunt materiale tenace si nu fragile, ruperea lor fiind precedata de deformari plastice considerabile; ele se deformeaza plastic manifestand ductilitate sub eforturi de indoire, forfecare si compresiune.Structura omogena a sticlelor metalice le confera rezistenta la coroziune comparabila in unele cazuri cu a platinei si rezistenta la oboseala neintalnita in aliaje cristaline. Sticlele metalice ce contin metale magnetice cu Fe, Co,Ni,sunt materiale feromagnetice, cu usurinta de magnetizare comparabila cu a celor mai bune aliaje clasice de tip permalloy. Absenta cristalinitatii face ca sticlele feromagnetice sa fie lipsite de anizotropia magnetocristalina care conduce la pierderi de energie importante la magnetizarea si demagnetizarea materialelor magnetice clasice.
Clasificarea sistemelor magnetice
Ansamblul de tole sau de alte elemente din tabla electrotehnica sau din alt material feromagnetic, avand o forma geometrica determinata, destinat sa localizeze in el campul magnetic util al transformatorului se numeste sistemul magnetic al transformatorului (circuit magnetic).
Dupa modul de realizare sistemele magnetice pot fi:
-Sistem magnetic tesut;
-Sistem magnetic cu intrefier;
-Sistem magnetic rulat.
Sistemul magnetic tesut reprezinta un ansamblu in care coloanele si jugurile, tesute plan, se asambleaza incrucisat ca o constructie unitara (figura 3.1).
Fig. 3.1
Sistemul magnetic in care coloanele si jugurile sunt asamblate si consolidate separat, iar la asamblarea sistemului ele se alatura frontal si se consolideaza cu dispozitive speciale de strangere sau alt mod, reprezinta sistemul magnetic cu intrefier (figura 3.2).
Fig 3.2.
Sistemul magnetic in care coloanele si jugurile sunt asamblate prin rulare din tabia electrotehnica (in benzi sau rulata) reprezinta sistemul magnetic rulat (figura 3.3).
Fig. 3.3.
Miezuri magnetice din otel laminat la rece:
a) - Forma dreptunghiulara; b) - forma circulara.
Dupa dispunerea in spatiu sistemele magnetice se clasifica in:
Sisteme magnetice plane - Sisteme magnetice tn spatiu.
Sistemul magnetic la care axele longitudinale ale tuturor coloaneior si jugurilor sunt dispuse intr-un singur plan, reprezinta sistemul magnetic plan (figura 3.4).
Fig. 3.4.
a) sistem magnetic monofazat cu coloana;
b) sistem magnetic monofazat in manta;
c) sistem magnetic cu coloana si in manta;
d) sistem magnetic trifazat plan cu coloane;
e) sistem magnetic trifazat cu coloane si in manta (cu cinci coioane);
f) sistem magnetic trifazat in manta.
Sistemul magnetic la care axele longitudinale ala coloanelor sau ale jugurilor sunt dispuse in planuri diferite, reprezinta sistemul magnetic in spatiu (figura 3.5.).
Fig. 3.5. Fig. 3.6.:
a) Sistem magnetic monofazat cu tole radiale si sase juguri fig.3.6.Sistem magnetic fara buloane de strangere,
b) Sistem magnetic monofazat in stea;
c) Sistem magnetic monofazat in cruce;
Fig. 3.7.
a)Sistem magnetic trifazat simetrie in stea;
b)Sistem magnetic trifazat simetrie Tn triunghi.
Fig. 3.8.
Sistem magnetic simetric trifazat In triunghi 50KVA,5000V.
3).CIRCUITUL ELECTRIC:
Infasurarile transformatoarelor. Parti constructive ale infasurarilor.
Materiale utilizate la realizarea infasurarilor. Parti constructive
ale infasurarilor.
Infasurarile constituie una din partile cele mai importante ale unui transformator ,
reprezentand, de fapt, un ansamblu de spire sau bobine care formeaza un circuit
electric corespunzand uneia din tensiumle transformatorului. Pentru un
transformator polifazat, infasurarea este ansamblul infasurarilor de faza, prin
infasurare de faza intelegandu-se faza unei infasurari polifazate.
Termenul de infasurare de faza nu va fi utilizat pentru ansamblul bobinelor de pe o anumita coloana. Transformatorul trebuie calculat si executat astfel incat marimile sale de baza (pierderile in infasurari, tensiunea de scurtcircuit si incalzirile) sa fie m concordanta cu valorile prescrise de norme. In acelasi timp, infasurarile trebuie sa asigure transformatorului o rigiditate dieleclrica suficienta, precum si stabilitate dinamica si termica mare, astfel in cat sa garanteze buna functionare a acestuia si la supratensiunile care apar in exploatare. Elementul constructiv principal al infasurarii este spira, care reprezinta conductorul sau ansamblul de conductoare legate in paralel care inconjoara o singura data o parte a sistemului magnetic al transformatorului parcurs de fluxul magnetic. Gruparea de doua sau mai multe spire in serie formeaza o unitate constructiva numita bobina .Locul in care bobinatorul incepe rularea conductorului pe suportul cilindric reprezinta inceputul infasurarii. O infasurare poate fi bobinata la dreapta sau la stanga (fig. 2.1). Sensul bobinarii este esential la realizarea grupei de conexiuni cerute de beneficiar.
Fig.2.1 Sensul de depanare la bobinele pentm
transformator;
a) - la dreapta;
b) - la stanga.
Depanarea unei bobine pe dreapta sau pe stanga se face atunci cand incepe din stanga, respectiv din dreapta sablonului privit din partea tamburului de pe care se desfasoara conductorul (fig 2.2) .
Fig. 2.2 Bobinarea la stanga si la dreapta:
I - mosorul cu sanna; 2 - sablonul de bobinaj;
3 - bobinatorul
Considerand ca observatorul este situat la extremitatea sablonului unde se gaseste inceputul infasurarii, sensul de bobinare reprezinta sensul in care este rulat conductorul pe suprafata sablonului mentionat.O alta definitie este cea prezentata in continuare: bobinarea se considera la stanga cand privind de la un capat al bobinei, rotirea spirelor se face in sens invers acelor de ceasornic (fig.2.3) iar la dreapta cand rotirea spirelor se face in sensul rotirii acelor de ceasornic (fig, 2.4).
Fig. 2.4 BobinS \"la dreapta\"
2.Materiale utilizate la realizarea infasurarilor. [3, 24 ]
Pentru realizarea infasurarilor sunt utilizate conductoare de cupru sau din aluminiu. Conductoarele pot avea sectiune rotunda sau sectiune dreptunghiulara. Astfel, pentru valorile sectiunilor mai mici ca 5-6 mm (la transformatoarele mici) se alege conductor rotund, care de regula, este izolat numai cu email tereftalic (ET) pentru cupru si cu hartie pentru aluminiu.Daca valoarea sectiunii este mai mare ca 6 mm patrati, atunci se alege conductor dreptunghiular(profilat),care este izolat cu email tereftalic peste care se dau si doua straturi de fibra de sticla (tip PE2S) pentru transformatoarele uscate (racite cu aer), si izolat cu hartie pentru transformatoarele cu ulei (de la 2 la 5 straturi 1/2 sau 1/3 suprapus). Dupa natura izolatiei,(STAS 10570-83) conductoarele de bobinaj se clasifica in ::Conductoare emailate, conductoare cu izolatie de hartie; conductoare cu izolatie din fire textile; conductoare cu izolatie din fire de sticla.Firele textile utilizate pentru izolarea conductoarelor pot fi din matase, bumbac sau bumbac in amestec cu fire sintetice.Firele de sticla utilizate pentru izolarea conductoarelor sunt fire de tip textil, din sticla sau din sticla in amestec cu fire sintetice.Izolatia din fire textile sau fire de sticla se poate aplica peste conductoarele de cupru emailate in prealabil.
Dupa material, conductoareie de bobinaj se clasifica in:
-conductoare de bobinaj din cupru;
-conductoare de bobinaj din aluminiu.
Dupa forma sectiunii, conductoarele de bobinaj se clasifica in:
-conductoare de bobinaj cu secfiune rotunda;
-conductoare de bobinaj cu sectiune dreptunghiulara. , .\'..-.,
Dupa grosimea izolatiei, conductoarele ernailate si cele cu izolatie din fire de sticla se clasifica in trei grade de izolatie:
-gradul 1 - cu izolatie simpla;
-gradul 2 - cu izolatie dubla;
-gradul 3 - cu izolatie tripla.
La conductoarele de bobinaj cu izolatie din hartie si fire textile, nu se prevede gradul de izolatie, ci se arata cate infasurari sau impletituri se aplica peste conductor.
Dupa indicele de temperatura, conductoarele de bobinaj se clasifica Tn cinci clase:
-cu indice de temperatura 105;
-cu indice de ternperatura 130;
-cu indice de temperatura 155;
-cu indice de temperatura 180;
-cu indice de temperatura 220.
Dupa modul de izolare, conductoarele de bobinaj se clasifica in doua grupe:
-izolate prin emailare;
-izolate prin infasurare sau impletire.
Simbolizarea condudoarelor de bobinaj emailate se face dupa anumite principii de simbolizare. Simbolizarea cuprinde, in ordine, simbolurile pentru:
- Materiaiul conductorului,
- forma sectiunii conductorului (numai pentru conductoarele de sectiune dreptunghiulara); natura izolatiei;
- caracteristica de baza (M, S, T);
- caracteristica secundara (unde este cazu! U, A, F, s, b);
- gradul de izolatie (1, 2, 3);
- indicele de temperatura (105, 120, 13p, 155, 180 sau 220).
