2.2.2 Μετασχηματιστής μέτρησης (μετατροπέας μέτρησης)

Transcript

1

2 Π Ε Ρ ΙΕ Χ Ο Μ Ε Ν Α Σελίδες ΠΕΡΙΕΧΟ Μ ΕΝ Α 1 ΠΡΟΛΟΓΟΣ 4 1 ΓΕΝ ΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ Μ ΕΤΑΣΧΗΜ ΑΤΙΣΤΗ Γενικά κατασκευαστικά στοιχεία Αρχή μετασχηματιστή Γ ενικά Πυρήνας (σιδηροπυρήνας) Πηνίο (τύλιγμα) Αρχή του μετασχηματισμού 11 2 ΤΎΠΟ Ι Μ ΕΤΑΣΧΗ Μ ΑΤΙΣΤΗ Ν Γ ενικά Ειδικοί μετασχηματιστές Μετασχηματιστές συγκόλλησης-φωτεινού τόξου Μετασχηματιστής μέτρησης (μετατροπέας μέτρησης)

3 ': 5CL Μετασχηματιστές τάσης Μετασχηματιστής ρεύματος (μετατροπέας ρεύματος) Μονοφασικοί μετασχηματιστές Τριφασικοί μετασχηματιστές Ιδανικός μετασχηματιστής Οι βασικές εξισώσεις Σχέση μεταφοράς των τάσεων Σχέση μεταφοράς των εντάσεων Σχέση μεταφοράς των αντιστάσεων 36 3 Ο ΑΥΤΟ Μ ΕΤΑΣΧΗΜ ΑΤΙΣΤΗΣ Πλεονεκτήματα των αυτομετασχηματιστών Μειονεκτήματα των αυτομετασχηματιστών Σχέσεις υπολογισμού ενός αυτομετασχηματιστή 42 4 Ο Α Υ Τ Ο Μ Ε Τ Α Σ Χ Η Μ Α Τ ΙΣ Τ Η Σ Κ Α Ι Ο Ι Ε ΙΔ ΙΚ Ε Σ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ 44

4 Ι_?.. - TyjiH? Ηλεκτρολογίος 5 Ο Τ Ρ ΙΦ Α Σ ΙΚ Ο Σ Ρ Υ Θ Μ ΙΣ Τ Η Σ Τ Α Σ Η Σ Ω Σ ΑΥΤΟΜ ΕΤΑΣΧΗΜ ΑΤΤΣΤΗΣ 48 Π ΕΙΡ Α Μ Α ΤΙΚ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ Τ Ω Ν ΑΡΧΩ Ν ΤΟΥ ΑΥΤΟ Μ ΕΤΑΣΧΗΜ ΑΤΙΣΤΗ Ω Σ ΡΥΘΜ ΙΣΤΗΣ ΤΑ ΣΗ Σ Πείραμα στη Λειτουργία χωρίς φορτίο Πείραμα στο βραχυκύκλωμα 60

5 '' c l Κα&όΛας Τμήμα ΗΛεκτρολονΙοζ Π ΡΟ Λ Ο ΓΟ Σ Στόχος αυτής της πτυχιακής είναι η γνωριμία με τις ιδιαιτερότητες του αυτομετασχηματιστή και τις ειδικές εφαρμογές του. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στις γενικές αρχές του μετασχηματιστή και γενικά στα κατασκευαστικά στοιχεία του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται επιγραφή των διαφόρων τύπων του μετασχηματιστή Κατόπιν τα επόμενα κεφάλαια αναφέρονται γενικά στον αυτομετασχηματιστή, καθώς επίσης και στον ρυθμιστή τάσης ως αυτομετασχηματιστή. Επίσης εξετάζονται οι ιδιαιτερότητές του αυτομετασχηματιστή ως ρυθμιστής τάσης στο πειραματικό μέρος.

6 Tgiiga Ηλεκτρολογίας Ιο KEf/VAAIO ; ΓΕΝ ΙΚ ΕΣ ΑΡΧΕΣ Μ ΕΤΑΣΧΗ Μ ΑΤΙΣΤΗ. Οι μετασχηματιστές και οι ηλεκτρικές μηχανές ανήκουν στις ηλεκτρομηχανοασγικές κατασκευές. Στην ενεργειακή τεχνική αποτελούν μαζί με τις διατάξεις ελέγχου τις σημαντικότερες μηχανές της βιομηχανίας. Η ισχύς τους και τα κατασκευαστικά τους μεγέθη καλύπτουν μία πολύ μεγάλη περιοχή. Οι μετασχηματιστές μικρής ισχύος καθώς επίσης και κινητήρες μικρής ισχύος κατέχουν αποφασιστικό ρόλο στην τεχνική των επικοινωνιών. Οι πιο μικροί μετασχηματιστές έχουν μέγεθος της τάξης μερικών χιλιοστομέτρων (mm). Τοποθετούνται σε αγώγιμη πλακέτα, π.χ για την παροχή ρεύματος. Οι πιο μεγάλοι μετασχηματιστές έχουν βάρος πολλών εκατοντάδων τόνων, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μία μεγάλη πόλη. Το εύρος της ισχύος των μετασχηματιστών επεκτείνεται από μερικά χιλιοστοβάτ (m illiwatt) μέχρι τα 1000 μεγαβάτ (megawatt). 1.1 Γενικά κατασκευαστικά στοιχεία Οι μετασχηματιστές είναι μηχανές που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια από ηλεκτρικό σύστημα με δεδομένη τάση, σε ηλεκτρικό σύστημα επιθυμητής τάσης όταν η συχνότητα παραμένει σταθερή. Η δεδομένη τάση ϋ ι συνδέεται στο τύλιγμα εισόδου ενώ στην έξοδο συνδέεται στις κλέμες εξόδου η επιθυμητή τάση υ2(σχήμα 1.1).

7 Tujiya Ηλεκτρολογίας Πλευρά εισόδου πραιτεύον Ροη ενέργειας μετασχηματιστή Ul>U2, fl=f2, Ιΐ<ΐ2 Πλευρά εξόδου δευτερεύοντος Σχή μα 1.1 :Σ χ η μ α τ ικ ή παράσταοη ενός μετασχηματιστή. Το τύλιγμα στο οποίο εισέρχεται η ηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται πρωτεύον τύλιγμα και αυτό που από το οποίο παίρνεται ηλεκτρική ενέργεια δευτερεύον τύλιγμα. Λυτά είναι τοποθετημένα πάνω στον σιδηροπυρήνα ενός χωρίς διάκενο αέρος μαγνητικού κυκλώματος. Ο πυρήνας συμπλέκει τα δύο τυλίγματα διαμέσου ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού κυκλώματος, έτσι ώστε αυτά να μην είναι γαλβανικά συνδεδεμένα. Οι μετασχηματιστές έχουν σε σχέση με τις περιστρεφόμενες μηχανές,έναν υψηλό (ίιαθμό απόδοσης (96 μέχρι 99%).Παρόλα αυτά στους μετασχηματιστής μεγάλης ισχύος για την τροφοδότηση ηλεκτρικής ενέργειας η απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας η οποία χάνεται κυρίως υπό μορφή θερμότητας είναι πολύ μεγάλη. Ο σημαντικότερος μετασχηματιστής είναι φυσικά ο τριφασικός, ο οποίος ανακαλύφθηκε το Στην σημερινή συνηθισμένη του μορφή με τρεις πυρήνες σε ένα επίπεδο πρωτοκατασκευάστηκε το Ο μετασχηματιστής έχει αναπτυχθεί και βελτιωθεί τόσο, ώστε σήμερα μπορεί να κατασκευασθεί για ισχύς μέχρι 2400 MVA. Προβλήματα υπάρχουν μόνο μαγνητικού θορύβου, ο οποίος ελαττώνεται με κατάλληλο δυναμοέλασμα μετασχηματιστών. Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται σαν μονοφασικοί σε μονοφασικά δίκτυα και σαν τριφασικοί σε τριφασικά δίκτυα. Εκτός από την διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται και στις ηλεκτρικές μετρήσεις και στις τηλεπικοινωνίες. Στη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας οι μετασχηματιστής αποτελούν τον συνδετικό κρίκο ανάμεσα στην παραγωγή και την κατανάλωση των διαφόρων επιπέδων της τάσης. Στην Ευρώπη με σταθμούς παραγωγής ισχύος μέχρι 1,4 GMA και τάσεις γεννητριών 25KV, αποτελούν απαραίτητο στοιχείο μιας ομαλής και

8 Τ c τ ί^-ι^άλο.; Τμήμα Ηλεκτρολογίας οικονομικής μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Με αυτούς μετασχηματίζονται τάσεις ύψους 750 KV με τις οποίες οι χαμηλές τιμές του ρεύματος οδηγούν σε μείωση των απωλειών στις μεγάλες αποστάσεις μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Το optimum σε ένα τέτσιο πρό(!)λημα βιγαίνει με επιλογή από την παρακάτω διάταξη του κόστους μιας τεχνικο-οικονομικής μελέτης. τάση κοστος της μόνωσης ρεύμα I κοστος υαικου αγωγού ρ. Ισχύς/ενέργια Τ Συνολικό κόστος στη μονάδα του χρόνου Ι ανά μονάδα 7 μεταφερόμενης Κοστος γραμμών I,σ^ύος Σ χή μ α 1.2 Έτσι ορίζεται μια ιδανική τάση για την οποία ελαχιστοποιείται το κόστος της παραγωγής και της μεταφοράς της μονάδας ηλεκτρικής ενέργειας. Εμπειρικά μπορεί κανείς να πει ότι τάση και ισχύς για μεταφορά, είναι μεταξύ τους ανάλογες. Για το λόγο αυτό γίνεται απαραίτητη η επιλογή τάσεων σε διάφορα επίπεδα στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μια χώρα. Τον γαλβανικό διαχωρισμό ανάμεσα στο πρωτεύον και δευτερεύον τύλιγμα, εκμεταλλεύεται κανείς στους μετασχηματιστής για την προστασία προσώπων από τάσεις επαφής. Στην περίπτωση αυτή όμως οι μετασχηματιστές συνδέουν δύο ηλεκτρικά συστήματα με την ίδια τάση Αρχή μετασχηματιστή Γενικά Ο μετασχηματιστής αποτελείται κατά κανόνα από δύο πηνία (τυλίγματα) σ' ένα κοινό πυρήνα από μαγνητικό υλικό, π.χ. σίδηρο (Σχήμα 1.3)./Από το πηνίο εισόδου (πρωτεύον πηνίο) απορροφάται εναλλασσόμενο ρεύμα και κατά την συνέπεια ηλεκτρική ενέργεια,η οποία μεταδίδεται ως εναλλασσόμενη ροή στο σιδηροπυρήνα. Η μαγνητική στο σιδηροπυρήνα λοιπόν, μεταβάλει συνεχώς το μέγεθος και την κατεύθυνσή της,οπότε στο πηνίο εξόδου (δευτερεύον πηνίο) παράγεται τάση. Στο δευτερεύον πηνίο

9 τ Ε I <αϋιαλος Tunua Ηλεκτρολογίας συνδέεται αντίσταση (φορτίο). Μ' αυτόν τον τρόπο στην έξοδο διέρχεται ρεύμα (δευτερεύον ρεύμα) και η ενέργεια μεταδίδεται στην αντίσταση-φορτίο (Σχήμα 1.3). Βασικά η ενέργεια μεταφέρεται από το πηνίο εισόδου στο πηνίο εξόδου διαμέσου μαγνητικού σιδηροπυρήνα. μογνττϋκή port οτδηροηυρήνας Σχήμα 1. 3 : Αρχή μετασχηματιστή Το πηνίο εισόδου και το πηνίου εξόδου του μετασχηματιστή είναι μεταξύ τους ηλεκτρομαγνητικά συζευγμένα. Ανεξάρτητα από τον χαρακτηρισμό πηνίου εισόδου ή πηνίο εξόδου χρησιμοποιείται ακόμα ο χαρακτηρισμός πηνίο υψηλής τάσης και πηνίο χαμηλής τάσης. Το πηνίο υψηλής τάσης είναι το πηνίο με την μεγαλύτερη τάση ενώ το πηνίο χαμηλής τάσης το πηνίο με την μικρή τάση Πυρήνας (σιδηροπυρήνας) Ο πυρήνας των μετασχηματιστών αποτελείται από ηλεκτροελάσματα (Σχήμα 1.4) ή από φερρίτη. Οι πυρήνες από ηλεκτροέλασμα διακρίνονται σε διάφορα είδη,όπως πυρήνας στρωμάτων, πυρήνας ταινιών και πυρήνας τομών ταινιών. Η ελασμάτωση του πυρήνα ή η χρήση του φερρίτη είναι απαραίτητη για να διατηρηθούν τα δινορεύματα σε μικρές τιμές. Οι πυρήνες από φερρίτη χρησιμοποιούνται κυρίως στις επικοινωνίες,ενώ στην

10 I. Ε I KaSqAac Τυήυα HAeKTpoAoyiac ενεργειακή τεχνική συνήθως χρησιμοποιούνται πυρήνες ηαεκτροελασμάτων. πυρήνα ταινιών Σχή μα 1.4 :Μ ο ρ φ ές σιδηροττυρήνα μετασχηματιστών. Ο πυρήνας των μετασχηματιστών πρέπει κατά το δυνατόν, να είναι καλός αγωγός μαγνητισμού και κακός αγωγός του ηλεκτρισμού. Για την αποφυγή των απωλειών και των μεγάλων θερμοκρασιών πρέπει τα δινορεύματα να μειώνονται όχι μόνο στον κύριο πυρήνα αλλά και στα κατασκευαστικά μέρη του μετασχηματιστή και να δίνεται κυρίως μεγάλη προσοχή στο πρεσάρισμα των ελασμάτων. Το σφιχτό πρεσάρισμα των ελασμάτων του πυρήνα είναι απαραίτητο για την αποφυγή του ενοχλητικού Ρ>ουητού κατά την λειτουργία. Αν χρησιμοποιηθούν βίδες και άλλα συνδετικά υλικά πρέπει να μονώνονται απέναντι στον πυρήνα και κατά το δυνατόν να κατασκευάζονται από μη μαγνητικό υλικό. Ακόμα και με το προσεκτικό πρεσάρισμα των λαμών του πυρήνα κατά τη λειτουργία του μετασχηματιστή, εμφανίζεται ο ενοχλητικός βόμβος που προκαλείται από την έλξη των ελασμάτων στο μαγνητικό εναλλασσόμενο πεδίο, εξαιτίας της μαγνητικής ακρίβειας.

11 Tuiigg ΗλΕκτρολογίος Με το προσεκτικό πρεσσάρισμα του σιδηροπυρήνα, μειώνονται τα ενοχλητικά βοητά των μετασχηματιστών, όμως δεν εξαφανίζονται τελείως Πηνίο (τύλιγμα) Το τύλιγμα των μετασχηματιστών αποτελείται από χαλκό ή αλουμίνιο σε μορφή αγωγών (συρμάτων) σε κυκλική ή τετραγωνική διατομή, καθώς επίσης ελάσματα ή φύλλα (Σχήμα 1.5). Σχήμα 1. 5.Κατασκευή πηνίου των μετασχηματιστών. Στους μικρούς μετασχηματιστές το πηνίο τυλίγεται σ' ένα σωληνοειδές σώμα που είναι συνήθως θερμοπλαστικό. Στους μικρούς μετασχηματιστές το πηνίο αποτελείται από χαλκό μονωμένο με (βερνίκι και έχε κυκλική διατομή. Το τύλιγμα αυτό έχει διάφορα στρώματα των οποίων ο αριθμός εξαρτάται από το ύψος τυλίγματος και την διάμετρο της διατομής. Μέσα στο ίδιο στρώμα ο αριθμός των τυλιγμάτων (σπειρών) εξαρτάται από το πλάτος του πηνίου και την διάμετρο του αγωγού. /: μήκος αγωγού Ζ: αριθμός στρωμάτων Ν: αριθμός τυλιγμάτων Νγ αριθμός τυλιγμάτων για κάθε πηνίο

12 Τ Ε i fcaiiaaoc.xyqu?-jdml5tp5'!i5.yii!5 dn,: μέση διάμετρος h: ύψος τυλίγματος d: διάμετρος σύρματος h ζ «d Ν «Ν 1 Ζ /«π ά. Ν 1.3 Αρχή του μετασχηματισμού. Την αρχή του μετασχηματισμού χρησιμοποιεί κανείς και στις μετρήσεις ισχυρών ρευμάτων. Ρεύματα και τάσεις μετασχηματίζονται με γαλβανικό διαχωρισμό του αντικειμένου μέτρησης και της ένδειξης μέτρησης σε προσιτές και άνετες για μέτρηση τιμές. Οι μετασχηματιστές αυτοί ονομάζονται μετασχηματιστές τάσης ή μετασχηματιστής έντασης. Οι μετασχηματιστές εργάζονται συχνά σαν ρυθμιστές της σύνθετης αντίστασης σε ηλεκτρονικά κυκλώματα για να πετύχουν μια προσαρμογή της ισχύος. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας ξεχωρίζει κανείς μετασχηματιστές ισχύος, αυτομετασχηματιστές και μετασχηματιστές ενίσχυσης. Στους μετασχηματιστές ισχύος τα τυλίγματα είναι παράλληλα συνδεδεμένα στα αντίστοιχα συστήματα της τάσης. Τα συστήματα είναι γαλβανικά διαχωρισμένα και η ισχύς μεταφέρεται επαγωγικά.( Σχήμα 1.6α). Οι αυτομετασχηματιστές έχουν τουλάχιστον δύο τυλίγματα με ένα κοινό τμήμα. Η ισχύς μεταφέρεται κατά ένα τμήμα επαγωγικά και κατά ένα τμήμα γαλβανικά.( Σχήμα 1.66). Οι μετασχηματιστές ενίσχυσης έχουν γαλ^ανικά διαχωρισμένα τυλίγματα. Το ένα συνδέεται παράλληλα ( EW τύλιγμα διέγερσης) και το άλλο σε σειρά (RW, τύλιγμα σειράς) με το κύκλωμα του οποίου η τάση οφείλει να μετα^ληθεί. Η ισχύς ενίσχυσης μεταφέρεται καθαρά επαγωγικά (Σχήμα 1.6γ).

13 Τυήμα ΜΑεκτρολονίσζ ω Βΐ 1 α) β) γ) Μ /Σ ισχύος αυτουετασχηυατιοτήο Μ / Σ ενίσχυσης Σχήμα 1. 6 ; Μετασχηματιστής σύμφολτα με τον τρόπο λειτουργίας.

14 1 ~ - - ~&aaac Τμήΐί?._Η^5.ια20^ ία ς 2ο K E f M A I O : Τ Υ Π Ο Ι Μ Ε Τ Α Σ Χ Η Μ Α Τ ΙΣ Τ Π Ν 2.1 Γενικά. Ανάλογα με τον σκοπό χρησιμοποίησής τους, οι μετασχηματιστές χωρίζονται σε: 1. Τροφοτοδικούς μετασχηματιστές για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, που μπορεί να είναι διανομής ή δικτύου, ή μηχανών ή και μετασχηματιστής σύζευξης δικτύων. 2. Βιομηχανικσύς μετασχηματιστές για συγκολήσεις, φούρνους, εκκινήσεις και ανορθώσεις. 3. Μετασχηματιστές σιδηροδρόμων που είναι κύριοι-(ϊ)οηθητικοί ή και μετασχηματιστές ρύθμισης των σιδηροδρομικών μηχανών. 4. Ειδικοί μετασχηματιστές για έλεγχο, προστασία ή και ρύθμιση εγκαταστάσεων. Σύμφωνα με τον τρόπο ψύξης και μόνωσης υπάρχουν οι μετασχηματιστές ελαίσυ και οι ξηροί μετασχηματιστές. Οι μετασχηματιστές ελαίου έχουν τους πυρήνες και τα τυλίγματα τους μέσα σε ορυκτέλαια που είναι ταυτόχρονα ψυκτικό και μονωτικό υλικό. Υπάρχουν και μετασχηματιστές των οποίων οι πυρήνες και τα τυλίγματα, για την μείωση του κινδύνου φωτιάς, βρίσκονται μέσα σε ειδικό μονωτικό υλικό (clophea). Κατασκευαστικά δεν διαφέρουν από τους φθηνότερους μετασχηματιστές ελαίου. Οι ξηροί μετασχηματιστές δεν έχουν τους πυρήνες και τα τυλίγματά τους μέσα σε μονωτικό υλικό. Η παραγόμενη θερμότητα αποβάλλεται απ ευθείας στον περιβάλλοντα χώρο. Αυτό προϋποθέτει μεγάλη εξωτερική επιφάνεια αλλά και μικρή πυκνότητα ρεύματος. Ξηροί μετασχηματιστές κατασκευάζονται σήμερα σαν μετασχηματιστές χυτής ρητίνης για ισχύς μέχρι περίπου 15 MV.A και τάσεις μέχρι 30 KW. Ανάλογα με το μέγεθός τους χωρίζονται σε μικρούς και μεγάλους μετασχηματιστές.

15 Tunua Ηλ κτρολονίος Οι μικροί μετασχηματιστές που είναι μονοφασικοί και τριφασικοί κατασκευάζονται για ισχύς μέχρι 16 KVA και για τάση εξόδου ή εισόδου μέχρι 1000 V, η δε συχνότητα μπορεί να καθορισθεί μέχρι 500 Ηζ. Οι μεγάλοι μετασχηματιστές επίσης μονοφασικοί και τριφασικοί έχουν ισχύς από 16 KVA και πάνω η δε τάση εισόδου ή εξόδου είναι πάνω από 1000 V. Οι μεγάλοι μετασχηματιστές με καθορισμένες οριακές τιμές ισχύος που κατασκευάζονται ανάλογα με το σημείο της εξέλιξης της τεχνικής για την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζονται οριακοί μετασχηματιστής. 2.2 Ειδικοί μετασχηματιστές Μετασχηματιστές συγκόλλησης-φωτεινού τόξου, μετασχηματιστής μέτρησης (μετατροπέας μέτρησης), αυτομετασχηματιστές Μετασχίψατιστές συγκόλλησης-φωτεινού τόξου Οι μετασχηματιστές συγκόλλησης - φωτεινού τόξου περιλαμβάνουν τον κυρίως μετασχηματιστή και τις διατάξεις ελέγχου για την ρύθμιση του ρεύματος συγκόλλησης. Η τάση των μετασχηματιστών συγκόλλησης κατά την λειτουργία χωρίς φορτίο,είναι μικρότερη των 70 V. Παρόλα αυτά όμως συχνά εμφανίζονται υψηλότερες τάσεις για μικρό χρονικό διάστημα. Στις συγκολλήσεις στενών δεξαμενών χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές συγκόλλησης που κατά την κενή τους λειτουργία η τάση είναι μέχρι 50 V. Στους μετασχηματιστές συγκολλήσεων με το σπινθήρα του φωτεινού τόξου κατά τη διαδικασία της συγκόλλησης, δημιουργείται ένα βραχυκύκλωμα. Ο μετασχηματιστής αυτός είναι πεδίου σκέδασης ή στην πλευρά της εξόδου του κυρίως μετασχηματιστή, συνδέεται σε σειρά ένα στραγγαλιστικό πηνίο. Εξ' αιτίας του φαινομένου αυτού, ο συντελεστής ισχύος των μετασχηματιστών συγκόλλησης είναι μικρός. Οι προδιαγραφές των μετασχηματιστών συγκόλλησης απαιτούν πάντα μία αντιστάθμιση της άεργου ισχύος.

16 ^:'^-3λος Tgnua ΗλεκτρολονΙος Αν οι μετασχηματιστές με τις χαρακτηριστικές καμπύλες του Σχήμα 2,1 αριστερά, ήταν ιδανικσί τότε το ρεύμα της συγκόλλησης θα παρέμενε σταθερό κατά τη μεταβολή του μήκους του τόξου. Η ιδανική αυτή καμπύλη πετυχαίνεται μόνο κατά τη προσέγγιση (Σχήμα 2,1). Στην περίπτωση αυτή τα ρεύμα συγκόλλησης που έχει ρυθμιστεί, υπάρχει μόνο σε ένα μέσο μήκος συγκόλλησης. ΠοοΥϋσυκήcounOrtn Ενιοοη ρεύματος - Ρευμο ουγττόαλησης - Σχήμα Καμπύλη τάσης μετασχηματιστών συγκόλλησης. Ρύθμιση του ρεύματος συγκόλλησης Το ρεύμα συγκόλλησης μεταβάλλεται με τη μεταβολή της τάσης εξόδου του μετασχηματιστή συγκόλλησης, με τη χρησιμοποίηση ενός βηματικού διακόπτη (Σχήμα 2,2). Ο διακόπτης αυτός συνήθως συνδέει και αποσυνδέει σπείρες στο τύλιγμα εισόδου του μετασχηματιστή. Με τη μεταβολή του λόγου μετασχηματισμού,δεν μεταβάλλεται μόνο το ρεύμα συγκόλλησης, αλλά και η τάση κενής λειτουργίας του μετασχηματιστή. Συνήθως η τάση κενής λειτουργίας ρυθμίζεται ανεξάρτητα από το ρεύμα συγκόλλησης. Έτσι η ρύθμιση του ρεύματος συγκόλλησης πραγματοποιείται με την μεταβολή της εσωτερικής αντίστασης του μετασχηματιστή. Η άμεση ρύθμιση του μηχανικού μέρους ενός μετασχηματιστή συγκόμησης μικρής ισχύος, γίνεται με χειροκίνητο τροχό. Για μεσαία και μεγάλη ισχύ, η ρύθμιση της εσωτερικής αντίστασης πραγματοποιείται με ασθενές συνεχές ρεύμα ελέγχου.

17 Τμήμα Ηλεκτρολογίας Σχήμα 2.2:Ρύθμιατι του ρεύματος συγκόλλησης με διακόπτη σκάλας. Ρεύμα σι,ύκόλληοηε Ισχυρό Αοθενίς Σχή μα 2. 3 : Ρύθμιση του ρεύματος συγκόλλησης με την ρύθμιση του ζυγώματος σκέδασης Ο έλεγχος του ρεύματος συγκόλλησης πραγματοποιείται με τη χρησιμοποίηση στραγγαλιστικού πηνίου (Σχήμα 2,4) που ελέγχεται με ασθενές συνεχές ρεύμα. Αποτελείται από ένα ιδανικό μετασχηματιστή (transduktor), στον οποίο είναι συνδεμένο παράλληλα ένα πηνίο με τομή διάκενου αέρος.

18 Τυήμα ΗλεκτροΑονίας Σχήμα 2.4;ΣτραγγαΑιοτικό πηνίο, πάνω: τομή Κάτω: κύκλωμα. Ο έλεγχος με ένα τέτοιο ειδικό μετασχηματιστή οδηγεί στη μη ευνοϊκή μορφή της καμπύλης του ρεύματος, με αποτέλεσμα το φωτεινό τόξο να μην καίει ομαλά. Οι ειδικοί αυτοί μετασχηματιστές (transduktors), είναι κατασκευασμένοι όπως οι μετασχηματιστές, αλλά με τελείως διαφορετική σύνδεση. Περιέχουν ένα τύλιγμα εργασίας και ένα τύλιγμα ελέγχου (Σχήμα 2,4). Το τύλιγμα εργασίας συνδέεται σε σειρά με την αντίσταση φορτίου. Όταν η αντίσταση φορτίου δεν διαρρέεται από ρεύμα ελέγχου, ενεργεί η μεγάλη επαγωγική αντίσταση του τυλίγματος εργασίας. Αντίθετα όταν διέρχεται συνεχές ρεύμα από το τύλιγμα ελέγχου, μαγνητίζεται ο σιδηροπυρήνας του traasduktor που γίνεται μαγνητικά κορεσμένος για αρκετά ικανοποιητική μαγνήτιση. Με τον τρόπο αυτό δεν μεταβάλλεται πλέον στον σιδηροπυρήνα συναρτήσει του ρεύματος φορτίου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μην παράγεται πλέον τάση στον σιδηροπυρήνα εξ' αιτίας του ρεύματος φορτίου, και η επαγωγική αντίσταση του τυλίγματος εργασίας μηδενίζεται. Με την μεταβολή του ρεύματος ελέγχου και του ρεύματος φορτίου, είναι δυνατή η ρύθμιση της επαγωγικής αντίστασης του τυλίγματος εργασίας.

19 Τυήμα ΚλεκτρολογΙας Σ' ένα μετασχηματιστή transduktor,το ρεύμα φορτίου ρυθμίζεται με τη χρησιμοποίηση ενός ασθενούς ρεύματος ελέγχου. Συνήθως στους transductors υπάρχουν δύο τυλίγματα εργασίας και δύο τυλίγματα ελέγχου, ώστε η τάση που παράγεται στο τύλιγμα ελέγχου εξ' αιτίας του ρεύματος φορτίου, να εμφανίζεται ανενεργός προς τα έξω. (Σχήμα 2,4). Η ρύθμιση της σκέδασης του μετασχηματιστή πραγματοποιείται επίσης με ένα ασθενές ρεύμα ελέγχου. Για το λόγο αυτό ο μετασχηματιστής περιλαμβάνει ένα προμαγνητισμένο πυρήνα σκέδασης (Σχήμα 2,5). Όταν το τύλιγμα δεν διαρρέεται από ρεύμα ελέγχου, τη φόρτιση του μετασχηματιστή συγκόλλησης δημιουργούνται πολλές δυναμικές γραμμές ελέγχου στο σιδηροπυρήνα σκέδασης. Στην περίπτωση αυτή το ρεύμα εξ' αιτίας της μεγάλης εσωτερικής αντίστασης, είναι ασθενές. Το ρεύμα ελέγχου καθιστά τσν αντίστοιχο πυρήνα ελέγχου κορεσμένο. Σχή μα 2. 5 Μετασχηματιστής συγκόλλησης με ρεύμα ελέγχου, ρυθμιζόμενη σκέδαση Μετασχηματιστής μέτρησης (μετατροπέας μέτρησης) Οι μετασχηματιστές πσυ χρησιμοποιούνται για την σύνδεση οργάνων μέτρησης καθώς και για την σύνδεση ρελαί, χαρακτηρίζονται ως μετασχηματιστές μέτρησης. Οι μετασχηματιστές μέτρησης διακρίνονται σε τάσης και έντασης. Στους μετασχηματιστές μέτρησης τάσης οι ακροδέκτες συνδέονται όπως στ' αντίστσιχα όργανα (συσκευές) μέτρησης τάσης, π.χ :3

20 Τunua Κλεκτρολογίας βολτομέτρου. Στους μετασχηματιστές μέτρησης έντασης, οι ακροδέκτες συνδέονται όπα/ς στα αντίστοιχα όργανα μέτρησης ρεύματος, π.χ αμπερόμετρο. Στις εγκαταστάσεις υψηλής τάσης οι μετασχηματιστές τάσης και έντασης απομακρύνουν την επικίνδυνη υψηλή τάση από τα όργανα μέτρησης. Στις εγκαταστάσεις χαμηλής τάσης και στην περίπτωση που εμφανιστούν ισχυρά ρεύματα, σ' αυτές χρησιμοποιούνται οι μετασχηματιστές μέτρησης (έντασης) Μετασχηματιστές τάσης Ο μετασχηματιστής τάσης (Σχήμα 2,6), πρέπει να έχει λόγο μετασχηματισμού ιδιαίτερα ακριβή και πολύ μικρή σκέδαση. Η τάση εξόδου είναι συνήθως 100V, η ονομαστική ισχύς ανάλογη με τα κατασκευαστικά μεγέθη και την τάση από 5 VA μέχρι 300 VA. Όπως και τα όργανα μέτρησης, έτσι και οι μετασχηματιστές τάσης κατανέμονται στις κατηγορίες (κλάσεις) 0,1 και 3. Στον πίνακα ισχύος (Σχήμα 2,7) δίδονται η ονομαστική τάση, η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση που είναι διαρκώς εφαρμοσμένη, καθώς και η τάση ελέγχου για τον έλεγχο των σπειρών (σε μεγάλες συχνότητες) και τον έλεγχο του τυλίγματος και μάλιστα διαχωριζόμενα με πλάγια γραμμή. Εκτός αυτού οι ονομαστικές ισχύεις δίνονται με την αντίστοιχη κατηγορία. Ο ίδιος μετασχηματιστής τάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περισσότερες ισχύεις, φυσικά στις μεγάλες ισχύεις υπάρχει μια μικρή ακρίβεια. Δίδεται ακόμα το οριακό ρεύμα εξόδου στο οποίο έχουν τη δυνατότητα να φορτίζονται οι μετασχηματιστές τάσης. Μετά από αυτό το όριο δεν είναι ακριβείς.

21 Τυήμα ΗλεκτροΑονίας Σχή μα 2.6:Χυτοσίδιτρος μετατροπέας τάσης σε τομή. Σχήμα 2. 7 : Π ίνακας ισχύος Οι μετασχηματιστές τάσης εργάζονται κατά τη λειτουργία χωρίς φορτίο ή μόνο με μικρό φορτίο. Σ ε μεγάλο φορτίο και ιδιαίτερα σ' ένα (βραχυκύκλωμα, οι μετασχηματιστές τάσης καταστρέφονται, επειδή έχουν πολύ μικρή τάση βραχυκύκλωσης τους. Παρόλα αυτά στους μετασχηματιστές τάσης στους οποίους συνδέονται όργανα μέτρησης π.χ μετρητής ΔΕΗ,δεν υπάρχει ασφάλεια. Η πτώση τάσης από τα άκρα σύνδεσης του μετασχηματιστή μέχρι την σύνδεση του μετρητή, επιτρέπεται να είναι μέχρι 0,05%. Τα μέτρα προστασίας υπερέντασης αν εχρησιμοποιούντο π.χ ασφάλεια πτώση τάσης. ταχείας τήξης, θα έκαναν ανεπίτρεπτα μεγάλη την 20

22 _Tunua ΗλεκτροΛονίας Ειδικά μεγέθη του μετασχηματιστή τάσης (μετατροπέα τάσης) Το φορτίο ενός μετασχηματιστή τάσης πσυ χαρακτηρίζεται και ως βάρος. Η φαινομενική τιμή της αγωγιμότητας των συσκευών που συνδέονται προς την έξοδο μαζί με τον αγωγό σύνδεσης. Ο ονομαστικός Λόγος μετασχηματισμού Un είναι η σχέση των ονομαστικών τάσεων που δίνεται στον πίνακα ισχύος π.χ V/100V (Σχήμα 2,8). Σχήμα 2.8 :Π ίν α κ α ς ισχύος ενός μετατροπέα ρεύματος. Οι μετασχηματιστές τάσης έχουν υπολογιστεί έτσι, ώστε να εργάζονται αδιάκοπα με το 1,2 της ονομαστικής τους τάσης. Στα σφάλματα του μετασχηματιστή τάσης διακρίνουμε το σφάλμα τάσης και το σφάλμα γωνίας. Το σφάλμα τάσης (σφάλμα μετασχηματισμού), εξαρτάται από τις τάσεις και την κατηγορία του μετασχηματιστή.(πίνακας 1). Fu=σφάλμα τάσης 02=τάση εξόδου ϋι=τάση εισόδου ϋν=ονομαστικός Λόγος μετασχηματισμού

23 _ Tungg Κ λεκτρολογίας Π ίνακας 1 : Σφάλμα τάσης Fu και σφάλμα γισνίας στους μετατροπείς τάσεις Κατηγορία F u α ε % F, σ ε r= 60' 0,1 0,1 5 0,2 0,2 10 0,5 0, , ,0 120 Τ α σφάλματα ισχύουν για τάση εισόδου U i που είναι από 0, 8 μέχρι το 1,2 της ονομαστικής τάσης U in και του φορτίου από 2 5 % μέχρι % του ονομαστικού Το σφάλμα γωνίας στους μετασχηματιστές τάσης είναι η φασική απόκλιση μεταξύ της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου. Τα σφάλματα τάσης και γωνίας εξαρτώνται από την κατηγορία της τάσης εισόδου και του φορτίου. Στις εγκαταστάσεις υψηλής τάσης ο ένας ακροδέκτης της εξόδου του μετασχηματιστή τάσης γειώνεται (Σχήμα 2,9). Σ ε μία ηλεκτρική εκκένωση από το τύλιγμα υψηλής τάσης προς το τύλιγμα χαμηλής τάσης, εμφανίζεται τότε μία γείωση. Συνήθως γειώνεται η σύνδεση ν δηλαδή η 2.2 Σε εγκαταστάσεις 60KV χρησιμοποιούνται συνήθως μετασχηματιστές τάσης με μονοπολική μόνωση. Ο μονωμένος ακροδέκτης του τυλίγματος υψηλής τάσης συνδέεται στον εξωτερικό αγωγό του δικτύου υψηλής τάσης και γειώνεται ο μη μονωμένος ακροδέκτης του τυλίγματος υψηλής τάσης. Οι μετασχηματιστές τάσεις μέχρι 110KV κατασκευάζονται για εγκαταστάσεις εσωτερικών χώρων ως χυτορετσίνιοι μετατροπείς. Ο πυρήνας και το τύλιγμα των μετασχηματιστών αυτών,βρίσκονται μέσα σε χυτορετσίνι. Για μεγαλύτερες τάσεις και για εναέριες εγκαταστάσεις, κατασκευάζονται μετασχηματιστές λαδιού (με μόνωση λαδιού) και με μονωτήρες από πορσελάνη.

24 ^υήμα Ηλεκτρολογίοζ Μετασχηματιστής ρεύματος (μετατροπέας ρεύματος) Στους μετασχηματιστές ρεύματος (Σχήμα 2,10) το τύλιγμα εισόδου συνδέεται έτσι ώστε να διαρρέεται από το ρεύμα που θα μετρηθεί. Βρίσκεται δηλαδή, σε σειρά με το δίκτυο ή με τον καταναλωτή (Σχήμα 2,9).Το ρεύμα που πρόκειται να μετρηθεί διέρχεται τότε από το τύλιγμα εισόδου και δημιουργεί μια μαγνητική μεταριαλλόμενη ροή στον πυρήνα του μετασχηματιστή μέτρησης. Mnmoon^oc ρ^ΰνιστος SOHr ;okv Mruraxyiioc tdorc Σχήμα 2. 9 : Μ ετατροπέας μέτρησης σε δίκτυο 20 K V. Το ρεύμα που πρόκειται να μετρηθεί και το ρεύμα του τυλίγματος εξόδου του αμπερομέτρου, που είναι σχεδόν βραχυκυκλωμένο, συμπεριφέρονται αντιστρόφως ανάλογα προς τον αριθμό των σπειρών. Έτσι οι διεγέρσεις στα δύο τυλίγματα είναι ίδια. Duprtvoc ' 5 Ί εεόόου Μηόρο σύνδεσης (τολιγρα ειδδδου) Σχή μα 2.10:Λ α μομετα τροπ έας ρεύματος.

25 ggctaaoc Τϋήΐί? HAeKTpoAoyiac Ο σιδηροπυρήνας διαρρέετε από πολύ μικρή μαγνητική επαγωγή, επειδή οι δύο διεγέρσεις που δπμιουργούνται σ' αυτόν, είναι μεταξύ τους ίσες και αντίθετες. Οι μετασχηματιστές ρεύματος τίθενται σε λειτουργία από πολύ μικρή μαγνητική επαγωγή. Η ονομαστική ένταση του ρεύματος εξόδου του μετασχηματιστή ρεύματος είναι από 1 A μέχρι 5 Λ. Η ονομαστική ισχύς ανάλογα με το κατασκευαστικό μέγεθος και την τάση, έχει τιμή από 5 VA μέχρι 120 VA. Οι μετασχηματιστές ρεύματος έχουν την ίδια διάκριση κατηγοριών (κλάσεων) με τους μετασχηματιστές τάσης και τα όργανα μέτρησης (Σχήμα 2,8). Η γωνία σφάλματος των μετασχηματιστών ρεύματος ανάλογα με την κατηγορία και την ένταση του ρεύματός τους, είναι από 5 μέχρι 120 λεπτά. Στον πίνακα ισχύος (Σχήμα 2,8) δίνονται η ονομαστική ένταση, το θερμικό ονομαστικό ρεύμα ελάχιστου χρόνου και το δυναμικό ονομαστικό ρεύμα. Το θερμικό ονομαστικό ρεύμα δεν επιτρέπεται να υπάρχει για πολλά δευτερόλετττα στο τύλιγμα εισόδου σε σχέση προς το τύλιγμα θερμότητας. Το δυναμικό ονομαστικό ρεύμα επιτρέπεται να υπάρχει για μερικά δευτερόλεπτα σε σχέση με το τύλιγμα που αναπτύσσει τις δυνάμεις. Ο συντελεστής υπερεύματος δηλώνει το πολλαπλάσιο της ονομαστικής τάσης το σφάλμα του ρεύματος για να φτάσει στα 10%.Το η πλαίσιο ονομαστικό ρεύμα χρησιμοποιείται σ ένα μετασχηματιστή ρεύματος για σκοπούς ασφαλείας π.χ απενεργοποίηση ενός ρελαί. Στους μετασχηματιστές ρεύματος δίνονται περισσότερες τάσεις. Με τη σειρά (π.χ 0.5KV) μετράται η μόνωση. Ακόμη δίνεται η τάση ελέγχου του τυλίγματος (π.χ 3KV). Η ονομαστική ισχύς δηλώνει την μέχρι πια ισχύ που μπορεί να φορτιστεί υπό ονομαστική ένταση ο μετασχηματιστής ρεύματος, χωρίς να ξεπερασθούν τα όρια που δίνονται για την δική του κατηγορία. Όπως και στους μετασχηματιστές τάσης, είναι δυνατόν να υπάρχουν περισσότερες ονομαστικές ισχύεις, στις οποίες η

26 ^ci&aaac: TlJQy?_.H_^?Jil?Aoy!3S μέγιστη ονομαστική ισχύς οδηγεί σε ανακρίβειες, επομένως σε μία μεγαλύτερη κατηγορία. Ειδικά μεγέθη του μετασχηματιστή ρεύματος Ο ονομαστικός Αόγσς μετασχηματισμού Un είναι η σχέση των ονομαστικών ρευμάτων που δίνεται στον πίνακα ισχύος π.χ. 300Α/5. Ω.ς βάρος (φορτίο) μετασχηματιστών ρεύματσς, χαρακτηρίζεται η φαινόμενη αντίσταση των συνδεδεμένων συσκευών (σργάνων μέτρησης), μαζί με τσυς αγωγούς σύνδεσης. Οι μετασχηματιστές ρεύματσς είναι φορτισμένοι διαρκώς με το 1,2 του ονομαστικού ρεύματος. Ω ς σφάλματα των μετασχηματιστών ρεύματος,διακρίνουμε το σφάλμα ρεύματος και το σφάλμα γωνίας. Το σφάλμα ρεύματσς διαπιστώνεται με την μέτρηση: h U N - ll f, : Σφάλμα ρεύματος Ι ζ : ρεύμα εξόδου Ι ι : ρεύμα εισόδου Un: ονομαστικός λόγος μετασχηματισμού Τα σφάλματα ρεύματσς και γωνίας των μετασχηματιστών ρεύματσς, εξαρτώνται από την κατηγορία, το ρεύμα εισόδου και το φορτίο (βάρος) (πίνακας 2). Τα σφάλματα μετασχηματιστών ρεύματος αυξάνονται αν το ρεύμα εισόδου και το φορτίο αποκλίνουν από τις ονομαστικές τσυς τιμές. Στον μετασχηματιστή ρεύματσς, τσ βραχυκύκλωμα δεν προκαλεί βλάβες προς την πλευρά της εξόδου, επειδή η ένταση τσυ ρεύματος εισόδου είναι ανεξάρτητη από την κατάσταση εξόδσυ. Κατά την εναλλαγή οργάνσυ μέτρησης, πραγματοποιείται βραχυκύκλωμα προς την πλευρά της εξόδου. Στους μετασχηματιστές ρεύματος δεν επιτρέπεται η λειτουργία χωρίς φορτίο. Κατά την κενή λειτουργία του μετασχηματιστή αυτού, το ρεύμα στο τύλιγμα εισόδου προκαλεί πολύ μεγάλη μαγνητική ροή στον πυρήνα του μετασχηματιστή.

27 Κα&άΛας Tunua Ηλεκτρολονίαζ Αυτό συμβαίνει επειδή το ρεύμα αυτό δεν μειώνεται από το ρεύμα του τυλίγματος εξόδου. Αποτέλεσμα του γεγονότος αυτού, είναι η θέρμανση του σιδηροπυρήνα και η αλλαγή των μαγνητικών του ιδιοτήτων, και συνέπεια η μη ακρίβεια στη λειτουργία του μετασχηματιστή ρεύματος. Ακόμη παράγεται μία πολύ μεγάλη τάση στο τύλιγμα εξόδου που μπορεί να διασπάσει την μόνωση. Η πλευρά εξόδου δεν πρέπει να ασφαλίζεται, για να αποφεύγεται η περίπτωση της κενής λειτουργίας. Οι μετασχηματιστές ρεύματος έχουν την ικανότητα να εργάζονται με βραχυκυκλωμένο, ή με μικρό φορτίο στο τύλιγμα εξόδου. Στους μετασχηματιστές ρεύματος με μεγάλη σκέδαση ή με σιδηροπυρήνα από μαγνητικό υλικό που κορέγνυται εύκολα, επιτρέπεται η λειτουργία χωρίς φορτίο π.χ. σε μικρούς μετασχηματιστές ρεύματος. Σ αυτούς για την αποφυγή της κενής λειτουργίας, συνδέεται παράλληλα στο τύλιγμα εξόδου μία Ζ- δίοδος. Στις εγκαταστάσεις υψηλής τάσης, ο ακροδέκτης Κ δηλαδή 2.1 στη πλευρά εξόδου του μετασχηματιστή ρεύματος, συνδέεται με τη γείωση. Με την εμφάνιση υψηλών τάσεων στην πλευρά εξόδου, πραγματοποιείται σύνδεση με τη γη, που οδηγεί σε διακοπή του κυκλώματος. Π ίνακας 2 : Σφάλμα ρεύματος F, και γα;νίας Ρφ των μετατροπέων ρεύματος Κατηγορία Fi σε % Ρφ σε 60 ' = r 0,1 0,1 5 0,2 0,2 10 0,5 0, Τ α δεδομένα σφάλματα ισχύουν για το ονομαστικό ρεύμα από την πλευρά εισόδου και συνδεδεμένο φορτίο από 2 5 % μέχρι % του ονομαστικού καθώς επίσης και για σ υ νφ = 0,8.

28 Τ Ε.Ι Ka&aAac Τμήυα Ηλεκτρολογίας Το τύλιγμα εισόδου των μετασχηματιστών ρεύματος είναι δυνατόν να δημιουργηθεί από ένα αγωγό ή από πολλές σπείρες. Οι μετασχηματιστές ρεύματος διακρίνονται σε μετασχηματιστές ράβδων και μετασχηματιστές ρεύματος περιτυλίγματος (Σχήμα 2.11). Σ χή μα :Μ ετατροπέας ρεύματος. Στους μετασχηματιστές ρεύματος σύραγγος, ο αγωγός από τον οποίο διέρχεται το προς μέτρηση ρεύμα, περιβάλλεται από τον πυρήνα του μετασχηματιστή. Ο λόγος μετασχηματισμού μειώνεται όταν στο εσωτερικό του μετασχηματιστή εισάγονται πολλοί αγωγοί. Ανάλογα -δε- με τη φορά εισαγωγής, είναι δυνατή η μέτρηση του αθροίσματος ή της διαφοράς των ρευμάτων που διέρχονται από τους αγωγούς αυτούς. Σύνδεση με όργανο μετρόσεως Πηνίο εεαγωγής χυτό Σχή μα 2.12:Μ ετ α τ ρ ο π έα ς ρεύματος σύραγγος.

29 Τ Ε I Ka&dAac Tuiiuq Ηλεκτρολογίαο Ο αθροιστικός μετασχηματιστής ρεύματος κατασκευάζεται π.χ. σε F1 διάταξη ασφαλείας. Στο μετασχηματιστή ρεύματος σχήματος τσιμπίδας, ο πυρήνας είναι χωρισμένος σε δαγκάνες όπως ανοίγει μία τσιμπίδα (Σχήμα 2.13). Έτσι μπορούν να μετρηθούν ρεύματα χωρίς να διακοπεί ο αγωγός από τον οποίο διέρχονται. Σχή μα Μ ετατροπέας ρεύματος μορφής τσιμπίδας (αμπερομετρική τσιμπίδα). 2.3 Μονοφασικοί μετασχηματιστές. Σ ε έναν πραγματικό μετασχηματιστή παρουσιάζονται απώλειες θερμότητας στα τυλίγματα και απώλειες μαγνητικής υστέρησης και δινορευμάτων στους πυρήνες. Η ανάλυση του τρόπου λειτουργίας ενός μετασχηματιστή απλοποιείται εάν κανείς θεωρήσει τις απώλειες αμελητέες, οπότε θα έχει να μελετήσει τον ιδανικό μετασχηματιστή χωρίς απώλειες.

30 Σχήμα : Μονοφασικός μετασχηματιστής Ο μετασχηματιστής θεωρείται ιδανικός όταν τα κατασκευαστικά του υλικά παρουσιάζουν τις εξής ιδιότητες: 1. Ηλεκτρική αντίσταση του υλικού των τυλιγμάτων Rcu=0 2. Ηλεκτρική αντίσταση του σιδηροπυρήνα Rfe=«> 3. Μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα Mfe= o 4. Μαγνητική διαπερατότητα του αέρα Ml=0 Αφού Rcu=0,τα ρεύματα των τυλιγμάτων είναι καθαρά επαγωγικά άεργα ρεύματα τα οποία δίνουν το μαγνητικό διάρευμα του κυκλώματος. Στα τυλίγματα δεν υπάρχουν θερμικές απώλειες. Όταν Mfe=oo,τότε το διάρευμα και άρα και η ένταση του μαγνητικού πεδίου σε όλο το μαγνητικό κύκλωμα χωρίς διάκενο είναι μηδέν. Αφού η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι μηδέν άρα είναι ανεξάρτητη από την τιμή της μαγνητικής επαγωγής στα διάφορα σημεία του μαγνητικού κυκλώματος και δεν μπορούν να εμφανισθούν στο μαγνητικό κύκλωμα πτώσεις της τάσης. Εκτός αυτού δεν υπάρχει μαγνητική υστέρηση άρα δεν υπάρχουν απώλειες μαγνητικής υστέρησης. Με Ml=0 αποφεύγει κανείς έξω από το μαγνητικό κύκλωμα κάθε πεδίο μαγνητικής σκέδασης. Έτσι τα δύο τυλίγματα διαπερνώνται από την ίδια μαγνητική ροή. Εκτός αυτού δεν υπάρχουν απώλειες σκέδασης, ούτε πρόσθετες. Δεληγιώργης Ηρακλής 29

31 Στον ιδανικό (χωρίς απώλειες) λοιπόν μετασχηματιστής είναι η αποδιδόμενη φαινομένη ισχύς 5ζ ίση με την απορροφημένη 5ι, δηλαδή ο βαθμός απόδοσης είναι 100%. Επιπρόσθετα όταν Rfe= o, τότε στο υλικό του μαγνητικού κυκλώματος δεν δημιουργούνται δινορεύματα άρα και απώλειες δινορευμάτων. 2.4 Τριφασικοί μετασχηματιστές Για διάφορους λόγους χρησιμοποιούνται στην μεταφορά και την διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας οι τριφασικοί μετασχηματιστές. Από αυτό πηγάζει η ανάγκη τοποθέτησης τριφασικών μετασχηματιστών για την σύνδεση τριφασικών συστημάτων με διαφορετικά επίπεδα τάσης. Στο τριφασικό σύστημα πρέπει να μετασχηματιστούν τρεις τάσεις, οι οποίες είναι στην αρχική τους φάση κατά 120 ηλεκτρικές μεταξύ τους μετατοπισμένες. Σ χή μ α :Τ ρ ιφ α σ ικ ό ς μετασχηματιατής Με βάση την διάταξη και την τοποθέτηση των τυλιγμάτων, ξεχωρίζει κανείς δύο τύπους μονοφασικών μετασχηματιστών: 1. τον τύπου μανδύα και 2. τον τύπου πυρήνα. Ένας τριφασικός μετασχηματιστής μπορεί να δημιουργηθεί με τρεις μετασχηματιστές τύπου μανδύα ή τύπου πυρήνα (Σχήμα 2.16). Δελπγιώργης Ηρακλής 30

32 Γ Ε Ι Κα&όΛος Τ μήυα_ ΗΑεκτοολογίας Σχήμα 2.16:Τ ρ ιφ α σικοί μετασχηματιστές. α )Τ ρ εις μετασχηματιστές τύττσυ μανδύα, β )Τ ρ εις μετασχηματιστές τύπσυ -ιτυρήνα. Τα τυλίγματα εισόδου και εξόδου συνδέονται ανάλογα με τις ανάγκες της λειτουργίας του σε τρίγωνο ή αστέρα. Τα μαγνητικά κυκλώματα των μονοφασικών μετασχηματιστών τύπου μανδύα μπορούν να συμπλεχθούν τεχνολογικά εύστοχα με δύο τρόπους σε ένα τριφασικό σύστημα. Ο πρώτος που φαίνεται στο Σχήμα 2.17, δείχνει την χρησιμοποίηση κάθε φορά ενός ζυγώματος δύο μετασχηματιστών (Σχήμα 2,17Ρ)). Και στις δύο περιπτώσεις δημιουργούνται εκτός από τους πυρήνες ή τους μήρους, αντίστοιχα και δύο ζυγώματα επιστροφής. Τα ζυγώματα αυτά επιτρέπουν μια ελεύθερη επιστροφή της μαγνητικής ροής. Η επιστροφή αυτή είναι απαραίτητη στους τριφασικούς μετασχηματιστές μεγάλης ονομαστικής ισχύος στην ασύμμετρη φόρτιση τους,εξαιτίας του φαινομένου της μαγνήτισης,για να μπορεί να διατηρηθεί η συμμετρία στην λειτουργία των τριφασικών δικτύων. Για τον λόγο αυτό μετασχηματιστές διανομής μεγάλης ισχύος χρησιμοποιούνται είτε σαν μετασχηματιστές πέντε μηρών, είτε σαν τριφασικοί μετασχηματιστές τύπου μανδύα.

33 Tuliga ΗΑεκτροΑογίσς Σχήμα 2.17:Τ ρ ιφ α σικοί μετασχηματιστές. α)μ ε σύμπλεξπ ενός ζυγώματος δύο μονοφασικών. Ρ)Μ ε σύμπλεξη ενός μηρού δύο μονοφασικών Είναι σχεδόν εμφανές ότι για την σύμτταεξη των μαγνητικών κυκλωμάτων των τριών μονοφασικών μετασχηματιστών τύπου πυρήνα του Σχήμα 2..16C>, πρέπει να χρησιμοποιηθούν μαζί και οι τρεις ελεύθεροι, χωρίς τύλιγμα μηροί (Σχήμα 2.18α). Εάν είναι Φ η μαγνητική ροή στον κοινό μηρό (τον κόμριο των μαγνητικών κυκλωμάτων),τότε το άθροισμα των μαγνητικών ροών των τυλιγμάτων μηρών θα είναι : Φπ,=Φι+Φ2+Φ3 Σχή μα :Σ υ ν έν ω σ η τριών μετασχηματιστών τύπου πυρήνα. Σ ε συμμετρική φόρτιση του μετασχηματιστής αποτελούν και οι τάσεις, οι εντάσεις και οι μαγνητικές ροές εξόδου ένα συμμετρικό σύστημα. Σ ε αντιστοιχία του γραμμικού διαγράμματος των μαγνητικών ροών του κάθε μηρού, είναι το άθροισμα των στινμιαίαιν τιμών της μαγνητικής ροής του κάθε μηρού Φ,(Ι)3ΣΦ,(ί)=ϋ. Για το λόγο αυτό μπορεί κανείς να αποφύγει την ελεύθερη επιστροφή της μαγνητικής ροής (όπως ο ουδέτερος αγωγός στο συμμετρικό τριφασικό δίκτυο) όπως δείχνει το Σχήμα 2.18(!).

34 Tutiua ΗλεκτρολονΙας Ο τριφασικός μετασχηματιστής τύπου πυρήνα που δημιουργείται έτσι, χαρακτηρίζεται σαν μαγνητικά συμμετρικός, διότι σι τρεις τμηματικές μαγνητικές ροές παρουσιάζουν το ίδιο μήκος μαγνητικών γραμμών. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα για τις τρεις τμηματικές μαγνητικές ροές, τρία ίσα διαρεύματα και αντίστοιχα τρία ίσα ρεύματα μαγνήτισης. Μ' όλα τα θετικά αποτελέσματα για την λειτσυργία τους, ο τύπος αυτός του μετασχηματιστή δεν κατασκευάζεται πλέον, εξαιτίας του μεγάλου κόστους κατασκευής. Ο μετασχηματιστής τριών μηρών τύπου πυρήνα είναι ο πιο οικονομικός από πλευράς υλικών, διότι οι μηροί οι οποίοι φέρουν τα τυλίγματα, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (Σχήμα 2.18γ). Αποτέλεσμα αυτής της κατασκευαστικής απλοποίησης είναι μια ισχυρή υαννητική ο:σι-μμετρία η οποία οφείλεται στην θέση του κόμβου των τριών τμηματικών μαγνητικών ροών. Για την κατανόηση της ασυμμετρίας αυτής, φαίνεται στο Σχήμα 2.19 η κατανομή του μαγνητικού πεδίου στον σιδηροπυρήνα για τρεις διαδοχικές χαρακτηριστικές στιγμιαίες τιμές ροών φασικών τάσεων. "ί ί! 1 : Π Σχή μα 2.19 Μ αγνητική ροή σε μετασχηματιστής τόπου πυρήνα τριών μηρών σε τρεις διαφορετικές χρονικές στιγμές με τα αντίστοιχα διανυσματικά διαγράμματα των τάσεω ν.

35 Τ Ε I Ka&c/ac Tgnua Ηλεκτρολογίας Η κατανομή αυτή ισχύει σύμφωνα με την παραδοχή ότι im(t)=0. Εξαιτίας του διαφορετικού μέσου μήκους των μαγνητικών γραμμών των τμηματικών μαγνητικών ροών, η παραπάνω παραδοχή μπορεί να επαληθευθεί μόνο με διαφορετικού μεγέθους διαρεύματα και ρεύματα μαγνήτισης αντίστοιχα. Με μια μέτρηση μπορεί κανείς να δεχθεί ότι για το διάρευμα του μεσαίου μηρού την χρονική στιγμή Τ/2 είναι αναγκαίο ένα ρεύμα μαγνήτισης κατά 10 μέχρι 307ο μικρότερο απ' ότι στους δύο άλλους εξωτερικούς μηρούς. Και στις δύο κατασκευές του τριφασικού μετασχηματιστής τύπου πυρήνα δεν υπάρχει ο δρόμος της ελεύθερης επιστροφής της μαγνητικής ροής. Για το λόγο αυτό πρέπει σε κάθε συνθήκη λειτουργίας να ισχύει το δυνατόν η σχέση $n,(t)=0, για να μην σχηματιστούν ισχυρά πρόσθετα πεδία σκέδασης ανάμεσα στα ζυγώματα. Τέτοια πεδία σκέδασης πρέπει να αποφευχθούν διότι ιδιαίτερα σε ασύμμετρα φορτία δημιουργούν πρόσθετες απώλειες και πτώσεις της τάσης, λόγω σκέδασης, με αποτέλεσμα την ασυμμετρία των τάσεων δικτύου Ιδ α ν ικ ό ς μετα σχημ α τιστής Π ς ιδανικό θεωρούμε τον μετασχηματιστή στον οποίο δεν εμφανίζονται κανενός είδους απώλειες, καθώς και μαγνητικές. Ο (βαθμός απόδοσης ιδανικού μετασχηματιστή είναι η=1. Η ισχύς εξόδου είναι ίση με την ισχύ εισόδου. Η συνολική μαγνητική ροή που διαρρέει το πρωτεύον πηνίο, διαρρέει και το δευτερεύον. Το πηνίο εισόδου και το πηνίο εξόδου είναι σταθερά μαγνητικά συζευγμένα. Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου δεν επεκτείνονται έξω από το σιδηροπυρήνα. Ο ιδανικός μετασχηματιστής δεν απορροφά ρεύμα κατά τη λειτουργία του χωρίς φορτίο. Ο ιδανικός μετασχηματιστής υπάρχει μόνο ως φανταστικό μοντέλο μετασχηματιστή με πλήρη μαγνητική ζεύξη μεταξύ των πηνίων του, στα οποία δεν εμφανίζεται καμία απώλεια.

36 Τunua Ηλεκτρολονίας 2.6 Ο ι β α σ ικ έ ς ε ξ ισ ώ σ ε ις Σχέση μεταφοράς των τάσεων Επειδή και τα δύο τυλίγματα διαπερνώνται από την ίδια μαγνητική ροή Φιο,παίρνοντας τις ενεργές τιμές των επαγωγικών τάσεων Uio και Uao καταλήγει κανείς με την βοήθεια των εξισώσεων 1 και 2 ΔΦ,ο o = ^ r Δ/ ΔΦ^ο 0=^2- Δ/ ϋιο _ Νι U 2o " N 2 Εάν αντικαταστήσει κανείς στην εξίσωση 3, Uio=Ui και U2o=U2, παίρνει την σχέση μετασχηματισμού της τάσης στον ιδανικό μετασχηματιστή στην λειτουργία του χωρίς φορτίο. U 2~ N i Στον πραγματικό μετασχηματιστή χωρίς φορτίο είναι ^20=^2 και Uio=»Ui. ΓΓ αυτό για τον μετασχηματισμό της τάσης σ αυτόν, η εξίσωση 4 ισχύει κατά προσέγγιση. Ο λόγος της ονομαστικής τάσης U in ενός τυλίγματος προς την χαμηλότερη ή ίση ονομαστική τάση U2n ενός δεύτερου τυλίγματος, σύμφωνα με τον VOE 0532, ονομάζεται ονομαστική σχέση μεταφοράς (1) (2) (3) (4).. U in Ν, U=---- = ---- U 2N Ν 2 (5) Οι ονομαστικές τάσεις U in και U2n στους μεγάλους μετασχηματιστής με ισχύ 5 ν > 16 KVA, είναι τάσεις χωρίς φορτίο και αναγράφονται πάνω στην πινακίδα στοιχείων απαραιτήτως. Στους μικρούς μετασχηματιστές η ονομαστική τάση U2n είναι η τάση εξόδου με ονομαστικό ωμικό φορτίο.

37 Γ ε I KaPaAac Τyiiy? Ηλεκτρολονίας Σχέση μεταφοράς των εντάσεων ισχύει: Για τον ιδανικό μετασχηματιστή σύμφωνα με την εξίσωση 6 &^=Ι^ Ν^-1^ Ν^=0 = σταθερό (6) Ι, Νι = ΐ 2 Ν 2 (7) Από την εξίσωση αυτή Ριγαίνει για τον ιδανικό μετασχηματιστή η σχέση μεταφοράς των ρευμάτων: ^ = ^ = i (8) Ι2 Νι U Η σχέση 8 για τον πραγματικό φορτισμένο μετασχηματιστή, είναι ανακριβής, διότι το ρεύμα κενού Ιο που είναι 2-10% του ονομαστικού ρεύματος Ι ιν περιέχεται στο Ιι. Μόνο όταν το ρεύμα κενού θεωρηθεί αμελητέο, π.χ σε μεγάλα φορτία ή σε βραχυκύκλωμα, είναι η σχέση μεταφοράς των ρευμάτων Ι 1/ Ι 2 ίση με Na/Ni Σχέση μεταφοράς των αντιστάσεων Παράλληλα με τον μετασχηματισμό των εντάσεων και των τάσεων, υπάρχει και ο μετασχηματισμός των αντιστάσεων. Από τις εξισώσεις 4 και 8, βγαίνει: τ τ := Γ (9 ) μειι= υι/ζι και Ιζ-Όζ/Ζζ (10) Παίρνει κανείς τη σχέση ανάμεσα στις τάσεις και τις αντίστοιχες σύνθετες αντιστάσεις : Ζ2 (11) Οπότε ϋ=,ι (12) Τεχνικά χρησιμοποιεί κανείς τη σχέση μετασχηματισμού των αντιστάσεων για την προσαρμογή αντιστάσεων κατανάλωσης στις εσωτερικές αντιστάσεις τάσεων πηγής. Στις τηλεπικοινωνίες ονομάζει κανείς τους μετασχηματιστές και μετατροπείς σύνθετης

38 _ Tunufl Ηλεκτρολονίας αντίστασης. Για το κύκλωμα εξόδου ισχύει U2=U2o, εφαρμόζοντας δε το νόμο του Ωμ στην εξίσωση 13, παίρνει κανείς για την απόλυτη τιμή της u ιο. Μ, -Μ, =0=>Μ, =Μ,ο (13) = π \u4 = i,-o)-l, (14) με ω=2πf και ι.ι = Ν ι ~ /ο (15) γίνεται w,j = 2 λ- λ/, f Φ^a (16) είναι όμως Φ, =Β, A (17) Οπότε μ,ο = 2 λ jv, / Β, A (18) Εάν η Ui είναι μια ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση, τότε υπολογίζει κανείς την ενεργό τιμή της Uio. Μ,ο ' 42 ί Β, Α ^ Α Μ / Ν, Β Α (19) Με την προϋπόθεση ότι και τα δύο τυλίγματα διαπερνώνται από την ίδια μαγνητική ροή (Φ ιο ), η ενεργός τιμή της επαγωγικής τάσης εξόδου γίνεται: = 4,44 -N^-f-B^ A (20) Οι εξισώσεις 19 και 20 αποτελούν τις κύριες εξισώσεις των μετασχηματιστών διότι αυτές αποτελούν τη βιάση για τον υπολογισμό τους.

39 3 ο K E f M A I O : Ο Λ Υ Τ Ο Μ Ε Τ Α Σ Χ Η Μ Α τ ίσ Τ Η Σ 0 αυτομετασχηματιστής δεν διαφέρει από τον κοινό μετασχηματιστή ως προς την κατασκευή του πυρήνα. Αντίθετα διαφέρει ως προς την κατασκευή των τυλιγμάτων του. Τα τυλίγματα Υ.Τ. και Χ.Τ. δεν αποτελούν δύο ανεξάρτητα συστήματα, αλλά αποτελούν ένα ενιαίο σύστημα κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το τύλιγμα Χ.Τ.να αποτελεί μέρος των σπειρών τσυ τυλίγματος της Υ.Τ. Βλέπε Σχήμα 3.1. Σχήμα 3. 1 : 0 αυτομετασχηματιστής Β 11 Γ \ Α. Σχήμα 3. 2 : Κύκλωμα αυτομετασχηματιστή Πραγματικά η τάση μεταξύ A και Γ είναι διαφορετική εκείνης μεταξύ A και Β. Αρα ένα φορτίο συνδεδεμένο στους ακροδέκτες A και Γ παραλαμβάνει ισχύ με διαφορετικούς παράγοντες (τάση και ρεύμα) σε σύγκριση με τους παράγοντες της προσφερόμενης ισχύος (τάση και ρεύμα της πηγής συνδεδεμένη μεταξύ των άκρων A A Β). Κατά συνέπεια έχουμε μετασχηματισμό της ισχύος, φυσικά εδώ ένα μέρος της ισχύος, μεταφέρεται από το πρωτεύον ΑΒ στο Δεληγιώργης Ηρακλής 3 8

40 Τ unua Ηλ κτρολονίας δευτερεύον ΑΓ με τη βοήθεια μαγνητικής σύζευξης και το υπόλοιπο μέρος με τη βοήθεια ηλεκτρικής συνδέσεως. Αν ονομάσουμε Νι τις στροφές του τυλίγματος ΑΒ και Ν2 τις στροφές του δευτερεύοντος ΑΓ. Είναι φανερό ότι η Α Η ΕΔ σε όλο το τύλιγμα ΑΒ και η Η ΕΔ στο δευτερεύον ΑΓ είναι ανάλογες προς τις αντίστοιχες στροφές των τυλιγμάτων, εφ' όσον και οι δύο αυτές τάσεις εξ επαγωγής γεννώνται από την αυτή ροή (εναλλασσόμενη). Επομένως, Vi Νι. = rr- = λογος μετασχηματισμού V2 Νζ Ωσον αφορά το πρωτεύον και δευτερεύον ρεύμα, αυτά βρίσκονται σε αντίσταση. Κατά συνέπεια το κοινό μέρος ΑΓ του τυλίγματος διαρρέετε από τη διαφορά Ι 2- Ι 1 του δευτερεύοντος μείον το πρωτεύον ρεύμα. Σ χή μ α 3. 3 : Αρχή λειτουργίας α υτομετασχηματιοτήΐ: Πρώ τη διατομή του τυλίγματος,2 : Δ εύ τερη διατομή του τυλίγματος, νι= Τ ά σ η πρωτεύοντος,ιι= ρεύμα πρωτεύοντος, νζ=τάση δευτερεύοντος, Ι 2=ρεύμα δευτερεύοντος. Βλέπουμε ότι, ενώ το φορτίο αποδίδεται ισχύς με ρεύμα Ι 2, το δευτερεύον του αυτομετασχηματιστή διαρρέεται μόνο από το ρεύμα Ι 2- Ι 1. Δηλαδή, σε σύγκριση με μετασχηματιστή της αυτής ισχύος με δύο ξεχωριστά τυλίγματα,, έχουμε μικρότερες απώλειες και οικονομία υλικών, λόγω ελάττωσης του ρεύματος στο δευτερεύον. Έτσι ένας αυτομετασχηματιστής έχει, για την αυτή ισχύ, μικρότερο όγκο και είναι γενικά οικονομικότερος.

41 Τ Ε I Κα&άλας Tutiua Μλεκτρολονίας Αν ονομάσουμε Ρε τη φαινομενική ισχύ του αυτομετασχηματιστή, η οποία καταναλώνεται στο φορτίο και Ρ την ισχύ ενός μετασχηματιστή με δύο τυλίγματα, που θα είχε τις ίδιες διαστάσεις, κυρίως τον ίδιο σιδηροπυρήνα με τον θεωρούμενο αυτομετασχηματιστή. Η ισχύς Ρ του κανονικού μετασχηματιστή θα είναι μικρότερη από την ισχύ του αυτομετασχηματιστή για λόγους που αναφέραμε προηγουμένως. Με απλή ανάλυση του θέματος καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι ο λόγος των δύο ισχύων είναι : Pe ^ V.- V z Κ = τ ^Ρ V i όπου:\/ι και Vz η πρωτεύουσα και δευτερεύουσα τάση του μετασχηματιστή ή του αυτομετασχηματιστή. Ο.λόγος των «σχύων ονομάζεται συντελεστής αναγωγής του θεωρούμενου αυτομετασχηματιστή. Π.χ. ένας αυτομετασχηματιστής 100 KVA, 10000/8000 V. Θα υπολογιστεί ως προς τις διαστάσεις του ως ένας κανονικός μετασχηματιστής με ισχύ: Ρε = Κ Ρ = Vi-Va = 20KVA V I To παράδειγμα δείχνει πόσο οικονομικότερος είναι ο αυτομετασχηματιστής, όταν ο συντελεστής Κ είναι αρκετά μικρός, δηλαδή όταν δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ τάσης πρωτεύοντος και τάσης δευτερεύοντος. Έτσι, ενδείκνυται η κατασκευή αυτομετασχηματιστών υπο(!)ΐ[!)ασμού, το πολύ μέχρι το μισό της τάσης πρωτεύοντος ή ανυψώσεως το πολύ μέχρι τη διπλάσια τάση. Η ύπαρξη ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος δημιουργεί περιορισμούς και συνθήκες που σε ορισμένες αποκλείουν τη χρήση αυτομετασχηματιστών. Στους αυτομετασχηματιστές θεωρούμε δύο ισχύς: 1. Την ισχύ μεταριίβασης 2. Την εσωτερική ισχύ Η ισχύς μεταβίβασης, αντιστοιχεί στην ισχύ που παραλαμβάνεται 4 0

42 Τ Ε I KaCigAae Τρήμα Ηλεκτρολογίας από τη γραμμή και την αποδιδόμενη ισχύ, και δίνεται από τη σχέση: V i L = V2-l2 = P(VA) Η εσωτερική ισχύς δίνεται από τη σχέση: (Vi -V2)L = (I2 -L )V2 = Pe(VA) 3.1 Π λ ε ο ν εκ τ ή μ α τ α τ ω ν α υ τ ο μ ετ α σ χ η μ α τ ισ τ ώ ν Οι αυτομετασχηματιστές παρουσιάζουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα: 1. Μικρότερη ποσότητα χαλκού, σε σχέση με μετασχηματιστή ίδιας ισχύος, γιατί το κοινό τμήμα των δύο τυλιγμάτων διαρρέεται από τη διαφορά των ρευμάτων Ιο = Ιι-ΐ2 (Σχήμα 3.3). 2. Μικρότερη ποσότητα σιδήρου αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διατομή του πυρήνα πρέπει να είναι ανάλογη της εσωτερικής ισχύσς του αυτομετασχηματιστή και όχι της ονομαστικής του ισχύος. 3. Στους αυτομετασχηματιστές είναι μικρότερες οι απώλειες Joule και κατά συνέπεια καλύτερος ο βαθμός απόδοσης. Σ π ο υ δ α ία π α ρ α τ ή ρ η σ η : Η μεγαλύτερη σικονομία χαλκού επιτυγχάνεται στην περίπτωση κατά την οποία ο λόγος Vi=Vz είναι κοντά στη μονάδα. Όσο πιο πολύ διαφέρει ο λόγος από τη μονάδα, τόσο περισσότερο τα πλεονεκτήματα των αυτομετασχηματιστών μετατρέπονται σε μειονεκτήματα Μ ε ιο ν ε κ τ ή μ α τ α τ ω ν α υ τ ο μ ε τ α σ χ η μ α τ ισ τ ώ ν Αντίθετα οι αυτομετασχηματιστές παρουσιάζουν τα ακόλουθα μειονεκτήματα: 1. Η μόνωση του εσωτερικού τυλίγματος πρέπει να είναι τέτοια ώστε να καλύπτει και το τύλιγμα της μεγαλύτερης τάσης του αυτομετασχηματιστή. 4 1

43 iunuq Ηλεκτρολογίας 2. Ο αυτομετασχηματιστής δε μονώνεται από το δίκτυο και άρα είναι περισσότεροι οι κίνδυνοι για τους ανθρώπους που θα έλθουν σε επαφή με έναν από τους αγωγούς. 3. Για λόγους πρόληψης ατυχημάτων, η μέγιστη τάση των τυλιγμάτων των αυτομετασχηματιστών περιορίζεται σε 50 0V. 4. Δεν είναι δυνατή η ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ συσκευών που τροφοδοτούνται με έναν αυτό μετασχηματιστή. Παρατήρηση: Πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι οι αυτομετασχηματιστές είναι συσκευές οικονομικές και πολλές φορές αντικαθιστούν τους μετασχηματιστές Σ χ έ σ ε ι ς υ π ο λ ο γ ισ μ ο ύ ε ν ό ς α υ τ ο μ ετ α σ χ η μ α τ ισ τ η Ο πρακτικός υπολογισμός ενός αυτομετασχηματιστή είναι ίδιος με εκείνο του κοινού μετασχηματιστή, όμως υπάρχουν μερικές διαφορές στον υπολογισμό της διατομής του πυρήνα και στις διατομές των αγωγών. Για τον προσδιορισμό της διατομής του πυρήνα είναι αναγκαίο να γνωρίζουμε την εσωτερική ισχύ του αυτομετασχηματιστή η οποία δίνεται από τη σχέση ; Ρε= (ν.- νο ΐι= (ΐ^ - ι )ν2 Η διατομή του πυρήνα βρίσκεται από τη σχέση: 5=(1.5/2)λ^ Ο πρακτικός συντελεστής λαμβάνεται μεγαλύτερος του 1,5 για αυτομετασχηματιστές με πολύ μικρή εσωτερική ισχύ. Στον υπολογισμό των διατομών των αγωγών πρέπει να έχουμε υπ όψη μας, ότι το κοινό τμήμα διαρρέεται από ρεύμα Ιο - Ι -ΐ2. 4 2

44 ^ε I Κηίΐιάλας Tgiigg ΗλεκτροΛονία<; ΤΤαρατηρπσεις: 1. Οι αγωγοί εξόδου του αυτομετασχηματιστή διαρρέονται από το εσωτερικό ρεύμα κατά συνέπεια πρέπει να έχσυν κανσνικές διαστάσεις. 2. Για να αντιμετωπιστεί η πτώση τάσεως του αυτομετασχηματιστή από την κενή στην υπό φορτίο λειτουργία είναι καλό να αυξάνεται η τάση δευτερεύσντος κατά 37ο.

45 Τutiua Μλεκτρολονίοζ 4ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ο Α Υ Τ Ο Μ Ε Τ Α Σ Χ Η Μ Α Τ ΙΣ Τ Η Σ Κ Α Ι Ο Ι Ε ΙΔ ΙΚ Ε Σ E f ΑΡΜ ΟΓΕΣ Τ Ο Υ Αυτοί χρησιμοποιούνται συνήθως για μικρή ανύψωση ή υποβφασμό τάσης ενός δικτύου. Τα δύο δίκτυα στην περίπτωση αυτή, είναι μεταξύ τους γααβανικά συνδεδεμένα διαμέσον του δευτερεύοντος τυλίγματος του μετασχηματιστή, το οποίο αποτελεί ένα τμήμα του πρωτεύοντος τυλίγματος. Οι μετασχηματιστές αυτοί έχουν συνήθως πολλαπλές τάσεις εξόδου σε συγκεκριμένη περιοχή. Ο έλεγχος ενός τέτοιου αυτομετασχηματιστή δεν διαφέρει από τον έλεγχο ενός κανονικού μετασχηματιστή ισχύος με δύο ξεχωριστά τυλίγματα. Μόνο το πείραμα βραχυκύκλωσης δεν πραγματοποιείται στην ίδια συνδεσμολογία με αυτήν της κανονικής του λειτουργίας, αλλά στην συνδεσμολογία που δείχνει παραστατικά το Σχήμα 4.1. Σχή μα 4. 1.Συνδεσμολογία βραχυκύκλωσης κατά το πείραμα βραχυκύκλωσης ενός αυτομετασχηματιστή. Τροφοδοτεί λοιπόν κανείς το πρωτεύον τύλιγμα με τα λεπτά σύρματα με τάση, και βραχυκυκλώνει τα xos^rpa σ<τρματα του δευτερεύοντος.

46 ' Τμήμα Ηλεκτρολογίας Εάν χαρακτηρίσει κανείς με ίκπρ το ρεύμα βραχυκύκααισης που θα ρέει με ονομαστική τάση υπρ, τότε στη κανονική λειτουργία του αυτομετασχηματιστή, θα ρέουν τα ρεύματα Ρραχυκύκλωσης, σύμιρωνα με το Σχήμα 4.2. Use. Usikt.-Uttp J-δικτ Ικατ, Σχήμα 4. 2 : Χαρακτηρισμοί τΐϋν ρευμάτιι;ν βραχυκύκλωσης στο βραχυκύκλωμα ενός αυτομετασχηματιστή στην πλευρά της κατανάλωσης. Η τάση σε παρένθεση ισχύει στο κενό. l6cu.=lkar.= Up υ,ρ. υ,ρ+υδεν,. IscK TΙπρ. *Ίί _. ρ,ρ.+ υ^απ.γ '" 'Ί Usem. J Εάν ο αυτομετασχηματιστής χρησιμοποιείται για την μείωση της τάσης ενός δικτύου, τότε η κατανομή των ρευμάτων Ριραχυκύκλωσης γίνεται σύμφωνα με το Σχήμα 5.1.

47 Τ Ε I Ka&aAac Tunua Ηλεκτρολογίας Σχήμα 4. 3 '.Χαρακτηρισμοί των ρευμάτων βραχυκύκαωσης στο βραχυκύκλωμα ενός αυτομετασχηματιοτή στην πλευρά της κατανάλωσης.οι τάσεις σε παρένθεση ανήκουν στο κενό. _. υ,ρ+υδπ.. Useui. Ι6αη. =ΐ6,κτ.= ί υ,ρ. υδευτ. υ,ρ + U5CU, LJecut. _. ί Uitp. + Llstm. "'"' Ί υδεντ. Η ισχύς βραχυκύκλωσης του δικτύου τροφοδοσίας, αυξάνει υπέρμετρα σε σχέση με την ισχύ βραχυκύκαωσης Ρκ του μετατροπέα που είναι βραχυκυκαωμένος στο δευτερεύον τμήμα του. Αυτή είναι και στις δύο συνδεσμοαογίες η ίδια και ισούται με j^u.p.+ U5on.^ Ρκ=Ρκ i Εδώ βαέπει κανείς ότι τα ρεύματα, ισχύς στύ βραχυκύκααιμα, είναι τόσο μεγααύτερα όσο μικρότερη είναι η τάση δευτερεύοντος UstuT, όταν η τάση πρωτεύοντος U p είναι δεδομένη.