docMASZYNY ELEKTRYCZNE TRANSFORMATORY cz. 2 MASZYNY
download 
Reklamacja Transkrypt
MASZYNY ELEKTRYCZNE TRANSFORMATORY cz. 2 MASZYNY
MASZYNY MASZYNY ELEKTRYCZNE ELEKTRYCZNE kier. kier. Energetyka, Energetyka, studia studia stacj. stacj. 11 stop, stop, sem. sem. 44 SZKIC SZKICDO DOWYKŁADÓW WYKŁADÓW TRANSFORMATORY TRANSFORMATORY cz. cz. 22 © Mieczysław RONKOWSKI Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR DZIAŁANIE, DZIAŁANIE, MODELOWANIE MODELOWANIE ii POMIARY/PRÓBY POMIARY/PRÓBY DZIAŁANIE: zjawiska fizyczne zastosowane w budowie transformatora – prawo Ampera i prawo Faraday’a MODELOWANIE: model fizyczny – idealizacja transformatora rzeczywistego; model matematyczny – model abstrakcyjny POMIARY/PRÓBY: przekładni, stanu jałowego, stanu zwarcia, stanu obciążenia, pracy równoległej TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODELOWANIE MODELOWANIE „Jeśli mogę wytworzyć model mechanizmu to rozumiem, jeśli nie mogę - nie rozumiem” Lord Kelvin TRANSFORMATORY: TRANSFORMATORY: MODELOWANIE MODELOWANIE MODEL FIZYCZNY: IDEALIZACJA TRANSFORMATORA RZECZYWISTEGO ROZWAŻANIE ZACHODZĄCYCH ZJAWISK FIZYCZNYCH ISTOTNYCH DLA ANALIZOWANEGO STANU PRACY I CELÓW OBLICZEŃ TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODELOWANIE MODELOWANIE MODEL MATEMATYCZNY: ODWZOROWANIE ZJAWISK I PROCESÓW FIZYCZNYCH POSZUKIWANIE WZORÓW MODELE MATEMATYCZNE: •MODEL POLOWY – STAŁE ROZŁOŻONE •MODEL OBWODOWY (SCHEMAT ZASTĘPCZY) – STAŁE SKUPIONE TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: WYZNACZANIE WYZNACZANIE PARAMETRÓW PARAMETRÓW MODELU MODELU OBWODOWEGO OBWODOWEGO POMIARY/PRÓBY: • POMIAR PRZEKŁADNI • PRÓBA STANU JAŁOWEGO • PRÓBA STANU ZWARCIA • PRÓBA STANU OBCIĄŻENIA • PRACA RÓWNOLEGŁA ZASTOSOWANIE ZASTOSOWANIE MODELU MODELU OBWODOWEGO OBWODOWEGO TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA • WYZNACZANIE ZMIENNOŚCI NAPIĘCIA • WYZNACZANIE PRĄDÓW ZWARCIOWYCH • WYZNACZANIE SPRAWNOŚCI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR FORMUŁOWANIE FORMUŁOWANIE MODELU MODELU OBWODOWEGO OBWODOWEGO (SCHEMATU (SCHEMATU ZASTĘPCZEGO) ZASTĘPCZEGO) PODEJŚCIE RICHARD’a FEYNMAN’a: FEYNMAN’a WYKŁADY Z FIZYKI. T.2, Cz.1, s. 83 „Wyrazić to wszystko w postaci matematycznej – to jedno, a stosować swobodnie, z pewną dozą pomysłowości – to zupełnie coś innego” TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH ZMIENNOŚĆ NAPIĘCIA U2, SPRAWNOŚĆ < 100% 1- ZACISKI/WROTA 2 – ZACISKI/WROTA WTÓRNE PIERWOTNE P1 > 0 P2 < 0 P1 =u1 i1 P2 =u2 i2 MIEJSCE DOPŁYWU I ODŁYWU ENERGII/MOCY: ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY) © Mieczysław RONKOWSKI 4 TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH Reprezentacja transformatora w ujęciu grafów wiązań 1- WROTA PIERWOTNE U1 S1 I1 2 - WROTA WTÓRNE TRANSFORMATOR ? S1 > 0 U2 I2 S2 S2 < 0 TRAFO idealny w ujęciu grafów wiązań TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR IDEALNY IDEALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH SPRAWNOŚĆ = 100% I1 = 0 przy I2 = 0; U2 = CONST up 1 uk up ? 2 uk 1- ZACISKI PIERWOTNE 2 - ZACISKI WTÓRNE TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR IDEALNY IDEALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH SPRAWNOŚĆ = 100% I1 = 0 przy I2 = 0; U2 = CONST + I2 I1 ? U1 − + U2 − SYSTEM STRZAŁKOWANIA - ODBIORNIKOWY TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR IDEALNY IDEALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH SPRAWNOŚĆ = 100% I1 = 0 przy I2 = 0; U2 = CONST + P1 > 0 U1 S1 > 0 − I2 I1 ? PRZEPŁYW MOCY S2 > 0 P2 > 0 + U2 − P2 < 0 S2 < 0 TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR IDEALNY IDEALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH Stan obciążenia: P1 + P2 = 0 S1 + S2 = 0 P1 = - P2 S1 = - S2 U1 I1 = - U2 I2 U1 I 2 = =υ U 2 I1 PRZEKŁADNIA TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR IDEALNY IDEALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH CHARAKTERYSTYKA ZEWNĘTRZNA PRZY U1 = CONST U2 U2=const U20 I2 0 I2n TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH SPRAWNOŚĆ η < 100% I1 > 0 P1 > P2 I1 = I0 STRATY przy I2 = 0 ΔP = P1 - P2 I0 100 = (1 ÷ 10)% In P η = 2 100 < 100 P1 TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH SPRAWNOŚĆ η < 100% η [%] η max ηN 0 0,5 1,0 I2/I2N TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY RELACJE RELACJE WIELKOŚCI WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZACISKOWYCH CHARAKTERYSTYKA ZEWNĘTRZNA PRZY U1 = CONST 2 Stan jałowy Stan obciążenia - prąd znamionowy 20 U2=VAR Stan zwarcia 2 2n 2z TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODEL MODEL FIZYCZNY FIZYCZNY STAN STAN JAŁOWY: JAŁOWY: II11 == II00 II22 == 00 U U22 == U U20 20 Θ1 ∫ H ⋅ dl = Θ L Θ1 = z1 I1 Φ1 TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY: REALNY: MODEL MODEL FIZYCZNY FIZYCZNY STAN II22 == 00 U STAN JAŁOWY: JAŁOWY: II11 == II00 U22 == U U20 20 SPRAWNOŚĆ < 100% Θ1 ∗ Φm ΔPFe I1 ∗ Φσ 1 U1 z1 z2 U2 Δ P Cu 1 TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY :: MODEL MODEL MATEMATYCZNY MATEMATYCZNY MODEL MODEL OBWODOWY OBWODOWY UPROSZCZONY UPROSZCZONY STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY: REALNY: PRĄD PRĄD II MOC MOC STANU STANU JAŁOWEGO JAŁOWEGO TYPOWE PROPORCJE I0 100 = (1 ÷ 10)% In kVA MVA P0 100 = (0,3 ÷ 3)% Sn POLICZYĆ DLA PRZYKŁADU – WYNIKI Z LAB ME SKŁADOWE SKŁADOWE STRUMIENIA: STRUMIENIA: ROZPROSZENIA ROZPROSZENIA II MAGNESOWANIA MAGNESOWANIA Strumień magnesujący (główny) Strumień rozproszenia Φ1 = Φ σ1 + Φ m Typowe proporcje podziału strumienia 100% = 10% + 90% Φ1 ≅ Φ m MODEL MODEL FIZYCZNY FIZYCZNY TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA PODSTAWOWE PODSTAWOWE PRAWA PRAWA II ZJAWISKA ZJAWISKA FIZYCZNE FIZYCZNE e = ±z dφ dt E1 = 4,44 Φ m f z1 E2 = 4,44 Φ m f z 2 Eσ1 = 4 ,44Φσ1 z1 f TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR REALNY REALNY -- MODEL MODEL FIZYCZNY FIZYCZNY STAN II22 == 00 U STAN JAŁOWY: JAŁOWY: II11 == II00 U22 == U U20 20 DC U1= R1 I1 AC U1= R1 I1 + ? I1 >> I1 U 1 DLACZEGO? = R1 I 1 + E σ 1 + E 1 SKŁADOWE SKŁADOWE SEM SEM INDUKOWANYCH INDUKOWANYCH Strumień Strumień rozproszenia indukuje: E σ1 = 4,44Φ σ1 z 1 f U 1 >> E σ 1 Strumień Strumień magnesują magnesujący (gł (główny) indukuje: E 1 = 4,44Φ m z 1 f U1 ≅ E1 E 2 = 4,44Φ m z 2 f U 20 = E 2 MODEL MODEL FIZYCZNY FIZYCZNY TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA PODSTAWOWE PODSTAWOWE PRAWA PRAWA II ZJAWISKA ZJAWISKA FIZYCZNE FIZYCZNE E1 4,44 Φ m f z1 z1 = = = υz E2 4,44 Φ m f z 2 z 2 PRZEKŁADANIA PRZEKŁADANIA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Przekładania zwojowa E 1 def z 1 = = υz E2 z2 lub kró krótko υz = υ Przekładania napięciowa (dodany indeks „u”) U 1 def = υu U 20 U1 ≅ E 1 υu ≅ z1 z2 STRATY STRATY MOCY MOCY –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Moc stanu jałowego = straty w miedzi + straty w żelazie P0 = ΔPCu0 + ΔP Fe STRATY STRATY MOCY MOCY –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY ΔP Cu0 = R 1 I 02 I 0 << I1n ΔP Cu 0 ≅ 0 P0 ≅ ΔP Fe STRATY STRATY MOCY MOCY –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Φm ΔPFe = ΔPh + ΔP w ΔPFe = k h B 2 f + k w B 2 f E 1 = 4,44Φ m z 1 f ΔPFe ~ U 12 2 U1 ≅ E1 ΔPFe = kU 12 STRATY STRATY MOCY MOCY –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY ΔPFe I0cz = E1 def R Fe E = 1 I 0cz def R Fe ΔP Fe = 2 I 0cz SKŁADOWE SKŁADOWE PRĄDU PRĄDU –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Im I0 90% magnesowanie Prąd stanu jałowego I Fe 100% straty w żelazie I Fe << I 0 10% SKŁADOWE SKŁADOWE MOCY/ENERGII MOCY/ENERGII W W STANIE STANIE JAŁOWYM JAŁOWYM Straty energii (ciepło) Magazynowanie energii (magnesowanie) I 0 = I 0 cz + j I m j – operator obrotu o 90 stopni 2 I 02cz + I m I0 = I m = I 02 − I 02cz RÓWNANIE RÓWNANIE PRZEPŁYWÓW PRZEPŁYWÓW W W STANIE STANIE JAŁOWYM JAŁOWYM Z PRAWA AMPERA WYNIKA: Θ 0 = z1 I 0 I Fe << I 0 Θ m = z1I m ≅ Θ 0 PRAWO OHM’a DLA OBWODU MAGNETYCZNEGO: Φm = Θm Rm Rm = lm μ0μr Sm 1 SEM SEM INDUKOWANA INDUKOWANA –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Strumień główny indukuje: E 1 = 4,44Φ m z 1 f Φm Krzywa magnesowania E1 = ? Im Φ m = Φ m (I m ) E1 Xm = Im def E1 = XmIm SEM SEM INDUKOWANA INDUKOWANA –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Reaktancja magnesowania Xm = 2π f Lm = ωLm Definicja indukcyjności magnesowania: Φ m z1 Lm = Im def L m = var Występuje zjawisko nasycenia rdzenia na drodze strumienia głównego SEM SEM INDUKOWANA INDUKOWANA –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Strumień rozproszenia indukuje: Φ σ1 E σ1 = 4,44Φ σ1 z 1 f Eσ1 = ?I0 Φ m = Φ m (I m ) Eσ1 Xσ1 = I0 def Eσ1 = Xσ1I0 SEM SEM INDUKOWANA INDUKOWANA –– STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Reaktancja rozproszenia Xσ1 = 2π f Lσ1 = ωLσ1 Definicja indukcyjności rozproszenia: def Lσ 1 = Φσ 1 z1 I0 L m = const Nie występuje zjawisko nasycenia na drodze strumienia rozproszenia STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY PRZEZWOJENIE PRZEZWOJENIE UZWOJENIA UZWOJENIA STRONY STRONY WTÓRNEJ WTÓRNEJ PRZEZWOJENIE (REDUKCJA) UZWOJENIA STRONY WTÓRNEJ DO LICZBY ZWOJÓW RÓWNEJ LICZBIE ZWOJÓW UZWOJENIA STRONY PIERWOTNEJ. Cel: zrównanie poziomów napięć i SEM obu uzwojeń: z2 z ′2 = z1 STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY PRZEZWOJENIE PRZEZWOJENIE UZWOJENIA UZWOJENIA STRONY STRONY WTÓRNEJ WTÓRNEJ z ′2 = z1 E ′2 = 4,44Φ m z ′2 f E2′ z1 = E2 z 2 ′ E2′ = E1 = U 20 TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODEL MODEL OBWODOWY OBWODOWY STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY ZMIENNE ZESPOLONE z ′2 = z1 I1 = I 0 I 0 = I 0cz + j I m TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODEL MODEL OBWODOWY OBWODOWY UPROSZCZONY UPROSZCZONY STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY U1 ≅ E 1 TRANSFORMATOR: TRANSFORMATOR: MODEL MODEL OBWODOWY OBWODOWY UPROSZCZONY UPROSZCZONY STAN STAN JAŁOWY JAŁOWY Założenie: U1 ≅ E 1
