Ηλεκτρικές Μηχανές Ι. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Transcript

1 Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Ενότητα 1: Εισαγωγή Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Με την ολοκλήρωση αυτής της ενότητας ο σπουδαστής θα αποκτήσει τις πρώτες βασικές γνώσεις για τους μονοφασικούς Μετασχηματιστές. 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Γενικά για τους μετασχηματιστές. Αρχή λειτουργίας. Κατασκευαστικά μέρη. 5

6 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ (1) Εφαρμογές Μετασχηματιστών Ισχύος. Η απαίτηση για βελτίωση της ικανότητας μεταφοράς ισχύος. Η ανάγκη μείωσης των απωλειών του συστήματος μεταφοράς. αποτελούν τους βασικούς λόγους για τη χρήση υψηλής τάσης κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. 6

7 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ (2) Επειδή όμως δεν είναι δυνατή η κατασκευή σύγχρονων γεννητριών σε τάσεις μεγαλύτερες των 25 kv, είναι απαραίτητη η χρήση μετασχηματιστών (ΜΣ) ισχύος αρχικά για την ανύψωση και στη συνέχεια για τον υποβιβασμό της τάσης του δικτύου. Επίσης χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση τάσης και κατά συνέπεια τη ροή ενεργής και άεργου ισχύος στα συστήματα μεταφοράς και διανομής Ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ). 7

8 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (1) Αποτελείται από δύο ομοαξονικά κυλινδρικά πηνία. Μπορεί να αποτελείται από πολλά ομοαξονικά δισκοειδή πηνία. Τα τυλίγματα του μονοφασικού μετασχηματιστή λέγονται τυλίγματα υψηλής και χαμηλής τάσης. Μπορεί να απαντηθεί και η ονομασία πρωτεύον και δευτερεύον τύλιγμα. Σε αυτή την περίπτωση πρωτεύον είναι αυτό που βρίσκεται στην πλευρά της τροφοδότησης και δευτερεύον αυτό που βρίσκεται στην πλευρά του φορτίου. Επομένως, ανάλογα με την ονομαστική τάση στην πλευρά της τροφοδότησης ή του φορτίου, το πρωτεύον μπορεί να είναι το τύλιγμα της χαμηλής ή της υψηλής τάσης. 8

9 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (2) Σε έναν ΜΣ ανύψωσης τάσης ποια σχέση έχει το πρωτεύον τύλιγμα με το τύλιγμα χαμηλής τάσης; Στο ΜΣ υποβιβασμού τάσης, ποια σχέση έχει το τύλιγμα της υψηλής τάσης με το δευτερεύον τύλιγμα; Με την παρουσία καταναλωτών-παραγωγών ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά ή ανεμογεννήτριες, σε ένα ΜΣ μπορεί να υπάρχει αμφίδρομη ροή ενέργειας, πόσο μάλλον στο μελλοντικό έξυπνο δίκτυο με τις διανεμημένες πηγές ενέργειας. Για αυτό καλό είναι να προτιμούνται οι όροι τύλιγμα υψηλής και χαμηλής τάσης. 9

10 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (3) Σχήμα 1. Τομή μονοφασικού μετασχηματιστή (1), πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. Είναι ΜΣ υποβιβασμού ή ανύψωσης τάσης; Γιατί η χαμηλή τάση (ΧΤ) είναι μέσα από την υψηλή; 10

11 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (4) Σε ΜΣ μέσης και υψηλής τάσης το τύλιγμα ΧΤ τοποθετείται προς την πλευρά του γειωμένου πυρήνα και το τύλιγμα υψηλής τάσης ομοαξονικά από την εξωτερική πλευρά του τυλίγματος ΧΤ, για δύο λόγους: Η εξωτερική τοποθέτηση του τυλίγματος Υψηλής Τάσης (ΥΤ) απλοποιεί το πρόβλημα της μόνωσης του τυλίγματος αυτού από το γειωμένου πυρήνα, καθώς η υψηλή διαφορά τάσης που μεσολαβεί μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτρική εκκένωση μιας ανεπαρκούς μόνωσης. Τα ομοαξονικά τυλίγματα οδηγούν σε πολύ μικρότερη μαγνητική ροή σκέδασης. Τι εννοούμε ροή σκέδασης; 11

12 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (5) Η ροή του μαγνητικού πεδίου περιορίζεται κυρίως μέσα στο σιδερένιο πυρήνα, ένα όμως μέρος της κοινής ροής δεν περνά από το σίδηρο βλέπε σχήμα. Αυτή η ροή δεν αποτελεί σταθερό ποσοστό της ολικής ροής, αλλά εξαρτάται κάθε φορά από την κατάσταση κορεσμού του σιδήρου, από τη δυνατότητά του δηλαδή να μεταφέρει επιπλέον μαγνητικές γραμμές πεδίο. Φυσικά η ροή σκέδασης αυξάνεται όσο πιο κορεσμένος είναι ο σίδηρος. Προσοχή, η ροή εξαρτάται κυρίως από την τάση στα άκρα των τυλιγμάτων (ειδικά του πρωτεύοντος-τροφοδότησης) και όχι από το ρεύμα δηλαδή τη φόρτιση του ΜΣ. 12

13 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (6) Για αυτό δεν μπορεί να λειτουργήσει ΜΣ με μη ομοαξονικά τυλίγματα. Εφόσον η μαγνητική ροή ενός τυλίγματος εξαρτάται από την τάση, ένα τύλιγμα γύρω από ένα πυρήνα οδηγεί σίγουρα σε κορεσμό τοπικά τον πυρήνα. Άρα αυξάνεται η ροή σκέδασης υπερβολικά και ουσιαστικά δεν μεταφέρεται ισχύς στο άλλο τύλιγμα, που βρίσκεται στο άλλο σκέλος του πυρήνα βλέπε σχήμα. Σε ομοαξονικά όμως τυλίγματα, οι αμπεροστροφές του ρεύματος του ενός τυλίγματος αναιρούν τις αμπεροστροφές του άλλου και έτσι δεν επέρχεται εύκολα κορεσμός. 13

14 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (7) Σχήμα 2. Τομή μονοφασικού Μ/Σ (2), πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. Είναι ΜΣ υποβιβασμού ή ανύψωσης τάσης; Γιατί η ΧΤ είναι μέσα από την υψηλή; 14

15 Μονοφασικός Μετασχηματιστής (8) Σχήμα 3. Λάθος τοπολογία Μετασχηματιστή, Πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 15

16 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 2) Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc. 16

17 Τέλος Ενότητας.