ΕΝΟΤΗΤΑ 04...

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Notes of P. Chrysandreas of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑΣ 04 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ

4.1 Χρήση μετασχηματιστων .....................................................................................4 Διδακτικοί στόχοι ........................................................................................................4 4.1.1 Η ανάγκη ύπαρξης των μετασχηματιστών....................................................4 Αξιολόγηση 4.1 ...........................................................................................................5

4.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ..................................................................6 Διδακτικοί στόχοι ........................................................................................................6 4.2.1 Οι διάφορες κατηγορίες μετασχηματιστών ...................................................6 Αξιολόγηση 4.2 ...........................................................................................................7

4.3 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ..........................................................8 Διδακτικοί στόχοι ........................................................................................................8 4.3.1 Γενικά ...........................................................................................................8 4.3.2 Κατασκευή Μονοφασικών Μετασχηματιστών...............................................8 4.3.3 Κατασκευή Τριφασικών Μετασχηματιστών ................................................12 4.3.4 Μονώσεις και Ακροδέκτες Μετασχηματιστών.............................................14 Αξιολόγηση 4.3 .........................................................................................................16

4.4 ΨΥΞΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ...................................................................18 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................18 4.4.1 Γενικά .........................................................................................................18 4.4.2 Ξηρούς με φυσική ψύξη .............................................................................18 4.4.3 Ξηρούς με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα ψύξεως .........................18 4.4.4 Λαδιού με φυσική κυκλοφορία λαδιού ........................................................19 4.4.5 Λαδιού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του λαδιού ....................................20 Αξιολόγηση 4.4 .........................................................................................................20

4.5 Η ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ........................................22 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................22 4.5.1 Αρχή λειτουργίας Μονοφασικών μετασχηματιστών....................................23 4.5.2 Αρχή λειτουργίας τριφασικών μετασχηματιστών ........................................24 4.5.3 Λειτουργία των μετασχηματιστών χωρίς φορτίο .........................................26 4.5.4 Λειτουργία μετασχηματιστών με φορτίο .....................................................27

4.5.4α Φόρτιση μετασχηματιστή. .......................................................................27 4.5.4β Σχέσεις μεταξύ εντάσεων και τάσεων. ....................................................27 4.5.4γ Χαρακτηριστική φορτίου · Πτώση τάσεως...............................................29 4.5.4δ Τάση βραχυκύκλωσες.............................................................................31

Αξιολόγηση 4.5 .........................................................................................................32 4.6 Συνδεσμολογιά τυλιγμάτων των μετασχηματιστων............................................34 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................34 4.6.1 Συνδεσμολογία των τυλιγμάτων μονοφασικών μετασχηματιστών. .............34 4.6.2 Συνδεσμολογία των τυλιγμάτων τριφασικών μετασχηματιστών. ................38 4.6.3 Κατάταξη των τριφασικών μετασχηματιστών σε ομάδες. ...........................44

4.7 Παράλληλη λειτουργία μετασχηματιστών ..........................................................46 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................46

4.8 Ισχύς, απώλειες και βαθμός Αποδόσεως μετασχηματιστών .............................49 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................49 4.8.1 Ισχύς μετασχηματιστών..............................................................................49 4.8.2 Απώλειες μετασχηματιστών .......................................................................49 4.8.3 Βαθμός αποδόσεως μετασχηματιστών. .....................................................50

4.9 Μετασχηματιστές 1 : 1 ......................................................................................52 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................52

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


Αξιολόγηση 4.9 .........................................................................................................52 4.10 Μετασχηματιστές Ηλεκτρικής Ελξης ..................................................................53 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................53 4.10.1 Γενικά ..........................................................................................................53 4.10.2 Μετασχηματιστές Ηλεκτρικής Έλξης ..........................................................53 Αξιολόγηση 4.10 .......................................................................................................55

4.11 πολλαπλασιαστής .............................................................................................56 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................56 4.11.1 Γενικά .........................................................................................................56 4.11.2 Κατασκευή και αρχή λειτουργίας του Πολλαπλασιαστή..............................56 4.11.3 Έλεγχοι πολλαπλασιαστή ..........................................................................58 Αξιολόγηση 4.11 .......................................................................................................58

4.12 Αυτομετασχηματιστές ........................................................................................59 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................59 Αξιολόγηση 4.12 .......................................................................................................63

4.13 Μετασχηματιστές Οργάνων Μέτρησης ..............................................................64 Διδακτικοί στόχοι ......................................................................................................64 4.13.1 Γενικά .........................................................................................................64 4.13.2 Μ/Σ Οργάνων μέτρησης τάσης...................................................................65 4.13.3 Μ/Σ Οργάνων μέτρησης έντασης ...............................................................66 Αξιολόγηση 4.13 .......................................................................................................70

Γενικές Ερωτήσεις Μετασχηματιστών ..........................................................................72

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.1 ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.1.1 Να αναφέρετε την ανάγκη ύπαρξης των μετασχηματιστών. 4.1.1 Η ανάγκη ύπαρξης των μετασχηματιστών Παρουσιάζεται συχνά η περίπτωση να έχομε ανάγκη ηλεκτρικού ρεύματος με τάση διαφορετική από την τάση του δικτύου, από το οποίο γίνεται η τροφοδότηση με ηλεκτρική ενέργεια. Π.χ. ενώ έχομε ανάγκη ηλεκτρικού ρεύματος με τάση 110V, το δίκτυο ηλεκτροδοτήσεως έχει τάση 240V. Στο συνεχές ρεύμα η περίπτωση αυτή είναι δυνατό να αντιμετωπιστεί με μια αντίσταση στην οποία δημιουργούμε την πτώση τάσεως που απαιτείται. Τότε όμως έχομε σημαντική απώλεια ενέργειας, από τη θερμότητα που δημιουργείται στην αντίσταση. Σε σοβαρές περιπτώσεις αναγκαζόμαστε να χρησιμοποιήσομε ένα ζεύγος κινητήρα - γεννήτριας, οπότε η γεννήτρια μας δίνει συνεχές ρεύμα με την επιθυμητή τάση, ενώ ο κινητήρας τροφοδοτείται από το δίκτυο ηλεκτροδοτήσεως ή κάποια άλλη πηγή (Rotary transformers). Και στις δύο περιπτώσεις ο βαθμός αποδόσεως του συστήματος είναι χαμηλός ή το πολύ, μέτριος. Η μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας, για να είναι οικονομικά συμφέρουσα, πρέπει να γίνεται με υψηλή τάση. Στη συνέχεια όμως πρέπει αυτή η υψηλή τάση του ηλεκτρικού ρεύματος να υποβιβάζεται, για να είναι δυνατή η διανομή του στους καταναλωτές και με λογικές προφυλάξεις η ακίνδυνη χρησιμοποίηση τους από αυτούς. Το σοβαρό αυτό πρόβλημα δεν έχει λυθεί ακόμα για το συνεχές ρεύμα με τρόπο που να συμφέρει οικονομικά. Αντίθετα για το εναλλασσόμενο ρεύμα υπάρχουν κατάλληλα μηχανήματα, τα οποία μάλιστα δεν έχουν κινούμενα μέρη και τα οποία μας επιτρέπουν να ανυψώνομε ή να υποβιβάζομαι την τάση του ρεύματος. Στα μηχανήματα αυτά, που ονομάζονται στατοί μετασχηματιστές ή απλά μετασχηματιστές, η μεταβολή της τάσεως του ρεύματος γίνεται με μικρές απώλειες της ηλεκτρικής ενέργειας που μεταβιβάζεται. Κατασκευάζονται σήμερα μεγάλοι μετασχηματιστές με βαθμό αποδόσεως πάνω από 98% δηλαδή με απώλεια κάτω από 2% της ισχύος που μεταβιβάζεται. Έτσι έγινε δυνατή η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στους μεγάλους σταθμούς παραγωγής στην πιο κατάλληλη τάση (π.χ. 11000V ή 20000V). Στην συνέχεια με τη χρησιμοποίηση μετασχηματιστών ανυψώσεως η τάση του ρεύματος μετατρέπεται σε υψηλή π.χ. 66 ή 132000V) ή υπερύψηλη (π.χ. 380000V ). Με την τάση αυτή γίνεται με οικονομικό τρόπο η μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας στους τόπους καταναλώσεως, οι οποίοι βρίσκονται συνήθως σε μεγάλες αποστάσεις από τους σταθμούς παραγωγής. Εκεί με τη χρησιμοποίηση μετασχηματιστών υποβιβασμού η τάση του ρεύματος μετατρέπεται στη μέση τάση των δικτύων διανομής χαμηλής τάσεως (π.χ. 380/220V ή 415/240V) με τα οποία η ηλεκτρική ενέργεια φθάνει μέχρι τους μικρότερους καταναλωτές.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


Αν ένας καταναλωτής έχει ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας με διαφορετική τάση (π.χ. 110V) από την τάση του δικτύου διανομής (240V), η χρησιμοποίηση ενός μετασχηματιστή του δίνει μια απλή και οικονομική λύση. Από τα παραπάνω συμπεραίνομε ότι η δυνατότητα χρησιμοποιήσεως μετασχηματιστών με το εναλλασσόμενο ρεύμα, έδωσε σε αυτό τα πλεονεκτήματα, τα οποία το καθιέρωσαν σαν το είδος του ρεύματος, το οποίο χρησιμοποιούν πια όλες οι χώρες στα δίκτυα ηλεκτροδοτήσεως των καταναλωτών. Το συνεχές ρεύμα χρησιμοποιείται μόνο σε ειδικές χρήσεις. Στις περιπτώσεις αυτές μετατρέπομε το εναλλασσόμενο ρεύμα του δικτύου ηλεκτροδοτήσεως σε συνεχές με τη βοήθεια ανορθωτών. Αξιολόγηση 4.1 4.1.1 Να εξηγήσετε το σκοπό που εξυπηρετεί ο μετασχηματιστής στη μεταφορά

ηλεκτρικής ενέργειας.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.2.1 Να κατατάσσετε τους μετασχηματιστές σε κατηγορίες ανάλογα με: (α) τον αριθμό των φάσεων (β) την ισχύ (γ) την κατασκευή 4.2.1 Οι διάφορες κατηγορίες μετασχηματιστών Ανάλογα με τον προορισμό τους, οι μετασχηματιστές κατασκευάζονται ως:

α) Τριφασικοί μετασχηματιστές. β) Μονοφασικοί μετασχηματιστές.

Οι πρώτοι χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της τάσεως σε τριφασικό σύστημα και οι δεύτεροι για τον ίδιο σκοπό στο μονοφασικό ρεύμα, ή πράγμα που είναι το ίδιο, για τη μετατροπή της τάσεως μιας φάσεως τριφασικού συστήματος. Μια άλλη διάκριση των μετασχηματιστών είναι σε:

α) Μετασχηματιστές ισχύος. β) Μετασχηματιστές οργάνων μετρήσεως.

Οι μετασχηματιστές ισχύος είναι κατασκευασμένοι για να μεταβιβάζουν σημαντικές ισχείς, όταν πραγματοποιούν μετατροπή της τάσεως του ρεύματος. Οι μετασχηματιστές οργάνων είναι μετασχηματιστές πολύ μικρής ισχύος, κατάλληλοι μόνο για να υποβιβάζουν κατά ένα γνωστό λόγο την τάση ή την ένταση του ρεύματος που θέλουμε να μετρήσουμε. Με τους μετασχηματιστές οργάνων μετρήσεως δεν θα ασχοληθούμε προς το παρών. Όσα αναφέρομε στα επόμενα, αφορούν μόνο τους μετασχηματιστές ισχύος. Ως προς τον τρόπο ψύξεως των μετασχηματιστών, που έχει προβλεφθεί από την κατασκευή τους, έχομε τους:

α) Ξηρούς μετασχηματιστές. β) Μετασχηματιστές λαδιού.

Η ψύξη των ξηρών μετασχηματιστών γίνεται απ' ευθείας από τον αέρα που τους περιβάλλει, ενώ των μετασχηματιστών λαδιού γίνεται από κατάλληλο ορυκτέλαιο, μέσα στο οποίο βρίσκεται ο μετασχηματιστής. Μια ακόμα διάκριση ως προς τον τρόπο κατασκευής , κυρίως για τους μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται στα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι σε:

α) Μετασχηματιστές υπαίθρου. β) Μετασχηματιστές κλειστού χώρου.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


Ανάλογα δηλαδή με το αν είναι κατασκευασμένοι για να τοποθετούνται σε υπαίθριες εγκαταστάσεις (υπαίθριους υποσταθμούς) ή σε κλειστούς χώρους. Σημειώνομε τέλος ότι ένα είδος μετασχηματιστών είναι και οι αυτομετασχηματιστές, τους οποίους θα εξετάσομε επίσης. Αξιολόγηση 4.2 4.2.1 Να αναφέρετε ανάλογα με ποια κριτήρια, κατατάσσονται οι μετασχηματιστές σε

κατηγορίες.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.3 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.3.1 Να περιγράφετε την κατασκευή των μετασχηματιστών. 4.3.1 Γενικά Το κύριο μέρος κάθε μετασχηματιστή αποτελείται από ένα μαγνητικό κύκλωμα, στο οποίο είναι περιελιγμένα δύο τυλίγματα, το τύλιγμα υψηλής τάσεως (ΥΤ) και το τύλιγμα χαμηλής τάσεως (ΧΤ). Το μαγνητικό κύκλωμα που ονομάζεται και πυρήνας του μετασχηματιστή, κατασκευάζεται από πολλά μαγνητικά ελάσματα. Το πάχος των ελασμάτων αυτών είναι 0.35 ως 0.5mm και φέρουν επιφανειακή μόνωση από ειδικό βερνίκι για περιορισμό των δινορευμάτων. Σήμερα κατασκευάζονται μαγνητικά ελάσματα για μετασχηματιστές, τα οποία έχουν εξαιρετικά χαμηλές ολικές απώλειες. Αυτό επέτρεψε την κατασκευή μετασχηματιστών με πολύ καλό βαθμό αποδόσεως. Το τύλιγμα υψηλής τάσεως των μετασχηματιστών αποτελείται από πολλές σπείρες μονωμένου χάλκινου αγωγού κυκλικής διατομής. Το τύλιγμα χαμηλής τάσεως κατασκευάζεται συνήθως από αγωγό τετραγωνικής ή ορθογωνικής διατομής μονωμένο με ταινία από χαρτί η βαμβάκι. Αυτό έχει πάντοτε μικρότερο αριθμό σπειρών από το τύλιγμα Υ.Τ. και μεγαλύτερη διατομή αγωγού. Τα δύο τυλίγματα είναι προσεκτικά μονωμένα μεταξύ τους. Στην περίπτωση μετασχηματιστών υποβιβασμού τάσεως, το τύλιγμα Υ.Τ. συνδέεται με την πηγή της ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ το τύλιγμα Χ.Τ. τροφοδοτείται η κατανάλωση. Σε αυτή τη περίπτωση το τύλιγμα Υ.Τ. ονομάζεται πρωτεύον τύλιγμα ή απλά πρωτεύον, ενώ το τύλιγμα Χ.Τ. ονομάζεται δευτερεύον τύλιγμα ή δευτερεύον. Αντίθετα στους μετασχηματιστές ανυψώσεως τάσεως πρωτεύον ονομάζομε το τύλιγμα Χ.Τ. και δευτερεύον το τύλιγμα Υ.Τ. 4.3.2 Κατασκευή Μονοφασικών Μετασχηματιστών Το σχήμα 4.3α παριστάνει ένα μικρό μονοφασικό μετασχηματιστή. Ο πυρήνας του μετασχηματιστή, κατασκευασμένος όπως αναφέρθηκε από μαγνητικά ελάσματα, αποτελείται από δύο κορμούς, δηλαδή τα κατακόρυφα μέρη και από δύο ζυγώματα, δηλαδή τα οριζόντια μέρη. Το επάνω ζύγωμα αποχωρίζεται από τον υπόλοιπο πυρήνα για να είναι δυνατή η τοποθέτηση των τυλιγμάτων στους κορμούς. Στους μεγάλους μετασχηματιστές, και το κάτω ζύγωμα αποτελεί ιδιαίτερο τμήμα του πυρήνα. Ορισμένοι κατασκευαστές κάνουν τις ενώσεις του ζυγώματος με τους κορμούς όχι επίπεδες, όπως στο σχήμα 4.3α, αλλά θηλυκωτές, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3β.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.3α

Σχ. 4.3β

Τα μαγνητικά ελάσματα του πυρήνα στους κορμούς συσφίγγονται μεταξύ τους με καρφιά ή βίδες, που μονώνονται προς τον πυρήνα, όπως δείχνει το σχήμα 4.3γ, για να μη βρίσκουν δρόμο διελεύσεως τα δινορεύματα.


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.3γ

Στους μεγάλους μετασχηματιστές, η σύσφιγξη στα ζυγώματα γίνεται με σιδηροελάσματα

σχήματος [ (Π) και βίδες (σχ. 4.3δ).

Σχ. 4.3δ

Σε κάθε κορμό του μετασχηματιστή του σχήματος 4.3α υπάρχει ένα τύλιγμα Χ.Τ. σε μορφή κυλίνδρου και ένα τύλιγμα Υ.Τ. επίσης κυλινδρικής μορφής. Το τύλιγμα Υ.Τ. περιβάλλει το τύλιγμα Χ.Τ. και όπως φαίνεται στο σχήμα, μονώνονται μεταξύ τους και προς τον κορμό με μονωτικούς κυλίνδρους. Τα τυλίγματα Χ.Τ. των δύο κορμών συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά, ώστε τελικά να μένουν ελεύθερα δύο άκρα του τυλίγματος Χ.Τ. του μετασχηματιστή. Κατά τον ίδιο τρόπο έχομε δύο άκρα του τυλίγματος Υ.Τ. Όλα αυτά τα άκρα συνδέονται στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή. Τα τυλίγματα Υ.Τ. και Χ.Τ. όταν κατασκευάζονται με τον τρόπο που αναφέραμε, δηλαδή το ένα μέσα στο άλλο, ονομάζονται συγκεντρικά ή κυλινδρικά τυλίγματα. Άλλος τρόπος κατασκευή των τυλιγμάτων είναι σε δίσκους, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3ε. Κάθε τύλιγμα αποτελείται από πολλά τμήματα διαμορφωμένα σε δίσκους. Οι δίσκοι τοποθετούνται στους κορμούς εναλλάξ, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα τυλίγματα


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

όλων των δίσκων Χ.Τ. συνδέονται συνήθως σε σειρά, ώστε να έχομε πάλι δύο άκρα του τυλίγματος Χ.Τ. του μετασχηματιστή. Το ίδιο γίνεται και με τους δίσκους Υ.Τ.

Σχ. 4.3ε

Οι μετασχηματιστές, που έχουν τα τυλίγματα στους δύο κορμούς, όπως στο σχήμα 4.3α, ονομάζονται μετασχηματιστές τύπου πυρήνα (πλαισίου). Άλλος τύπος μετασχηματιστών είναι οι μετασχηματιστές τύπου μανδύα. Σε αυτούς ο πυρήνας έχει τρεις κορμούς, από τους οποίους ο μεσαίος έχει διπλάσια διατομή από τους ακραίους. Στον κορμό αυτό τοποθετούνται τα τυλίγματα, τα οποία μπορεί να είναι διαμορφωμένα σε κυλίνδρους όπως δείχνει το σχήμα 4.3ζ (α) ή δίσκους όπως δείχνει το σχήμα 4.3ζ (β). Οι ακραίοι κορμοί χρησιμεύουν μόνο για να κλείνει το μαγνητικό κύκλωμα και συνεπώς περιβάλλουν τα τυλίγματα σαν μανδύας.

Σχ. 4.3ζ

Στους μικρούς μονοφασικούς μετασχηματιστές τύπου μανδύα κάθε μαγνητικό έλασμα κόβεται σε ένα κομμάτι, που έχει τη μορφή του σχήματος 4.3ζ. Στην περίπτωση αυτή ο μεσαίος κορμός είναι κομμένος στο τμήμα αβ, ώστε η τοποθέτηση των τυλιγμάτων σε αυτόν να γίνεται όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3η.


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.3η

4.3.3 Κατασκευή Τριφασικών Μετασχηματιστών Το κύριο μέρος των τριφασικών μετασχηματιστών αποτελείται, όπως και στούς μονοφασικούς, από τον πυρήνα και τα τυλίγματα. Το σχήμα 4.3θ δείχνει τη μορφή του πυρήνα ενός τριφασικού μετασχηματιστή τύπου πυρήνα (τριφασικοί μετασχηματιστές τύπου μανδύα κατασκευάζονται σπάνια).

Σχ. 4.3θ


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Όπως παρατηρούμε, ο πυρήνας έχει τώρα τρεις ίδιους κορμούς. Πριν τοποθετηθεί στη θέση του το επάνω ζύγωμα, τοποθετούνται στους κορμούς τα τυλίγματα Χ.Τ. και Υ.Τ. Όπως και στους μονοφασικούς μετασχηματιστές, σε κάθε κορμό έχομε ένα τύλιγμα Χ.Τ. και ένα τύλιγμα Υ.Τ. . Έτσι έχομε συνολικά τρία τυλίγματα, τις τρεις φάσεις της Χ.Τ. και τις τρεις φάσεις της Υ.Τ. . Δηλαδή έχομε έξι άκρα από τα τυλίγματα Χ.Τ. και έξι άκρα από τα τυλίγματα Υ.Τ. . Η σύνδεση των άκρων αυτών μεταξύ τους και προς τους ακροδέκτες του μετασχηματιστή θα εξηγηθεί αλλού. Στο σχήμα 4.3ι, στον κορμό Ι δεν έχει τοποθετηθεί ακόμη κανένα τύλιγμα. Στον κορμό ΙΙ έχει τοποθετηθεί μόνο το τύλιγμα Χ.Τ. . Στον κορμό ΙΙΙ έχουν τοποθετηθεί και τα δύο τυλίγματα. Στην περίπτωση του σχήματος πρόκειται για τυλίγματα συγκεντρικά.

Σχ. 4.3ι

Όταν ο μετασχηματιστής προορίζεται για δίκτυα υψηλής τάσεως (π.χ. 15000V) το τύλιγμα Υ.Τ. κάθε φάσεως δεν κατασκευάζεται σαν ένας μονοκόμματος κύλινδρος όπως π.χ. στο σχήμα 4.3α, ακόμα και αν πρόκειται για συνγκεντρικό τύλιγμα. Στην περίπτωση αυτή το τύλιγμα Υ.Τ. κάθε φάσεως κατασκευάζεται από πολλά ανεξάρτητα πηνία (γαλέττες), όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3ι, τα οποία τοποθετούνται το ένα δίπλα στο άλλο και συνδέονται σε σειρά. Με τον τρόπο αυτό πετυχαίνομε να μην έχομε μεγάλη τάση μεταξύ των σπειρών, που βρίσκονται στις διαδοχικές στρώσεις του τυλίγματος. Πρέπει να αναφέρουμε επίσης ότι για την καλύτερη εκμετάλλευση χώρου, που αφήνει ο εσωτερικός κύλινδρος του τυλίγματος Χ.Τ. στους μεγάλους μετασχηματιστές οι κορμοί δεν έχουν συνήθως τετραγωνική διατομή, όπως στο σχήμα 4.3α αλλά μεταβλητή. Αυτό το πετυχαίνομε με το κόψιμο των μαγνητικών ελασμάτων σε άνισα πλάτη, ώστε να σχηματίζουν διατομή κορμού όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3κ. Μεταξύ των ελασμάτων αφήνονται μερικά διάκενα ψύξεως για την κυκλοφορία του αέρα ή του λαδιού.


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.3κ

4.3.4 Μονώσεις και Ακροδέκτες Μετασχηματιστών Τα τυλίγματα των μετασχηματιστών, μετά την τοποθέτηση τους στους πυρήνες, διαποτίζονται με βερνίκι και στη συνέχεια ξεραίνονται σε ειδικούς κλιβάνους. Με τον τρόπο αυτό όχι μόνο πετυχαίνομε καλύτερη μόνωση αλλά επίσης τα τυλίγματα αποκτούν και μεγαλύτερη δυσκαμψία, η οποία ελαττώνει τις δονήσεις των αγωγών στη λειτουργία του μετασχηματιστή. Η μόνωση των συνδέσεων μεταξύ των τυλιγμάτων καθώς και των ακροδεκτών δεν παρουσιάζει δυσκολίες στη πλευρά της χαμηλής τάσεως. Τις συνδέσεις των τυλιγμάτων υψηλής τάσεως τις τοποθετούμε μέσα σε μονωτικούς κυλίνδρους (π.χ. από βακελίτη). Τα άκρα των τυλιγμάτων αυτών στηρίζονται σε μονωτήρες από πορσελάνη και αποτελούν τους ακροδέκτες Υ.Τ. του μετασχηματιστή. Όταν ο μετασχηματιστής είναι κατασκευασμένος για χαμηλές τάσεις, τότε ο πυρήνας με τα τυλίγματα, που ονομάζεται και ενεργό μέρος του μετασχηματιστή, είναι συνήθως εκτεθειμένος στον αέρα του περιβάλλοντος. Οι μετασχηματιστές αυτοί ονομάζονται ξηροί μετασχηματιστές. Όταν όμως είναι κατασκευασμένος για δίκτυα υψηλής τάσεως, το ενεργό μέρος του μετασχηματιστή είναι τοποθετημένο μέσα σε ένα λέβητα που είναι γεμάτος από ειδικό μονωτικό ορυκτέλαιο, τελείως απαλλαγμένο από υγρασία. Οι μετασχηματιστές αυτοί ονομάζονται μετασχηματιστές λαδιού. Όπως βλέπουμε στο σχήμα 4.3λ, που δείχνει παραστατικά σε τομή μετασχηματιστή αυτού του είδους, οι μονωτήρες διαβάσεως, που αποτελούν και τους ακροδέκτες των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή είναι στερεωμένοι στο κάλυμμα του λέβητα. Το μέρος των μονωτήρων κάτω από το κάλυμμα είναι κατάλληλα διαμορφωμένο, ώστε να μην προκαλούνται υπερπηδήσεις από την υψηλή τάση.


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.3λ

Σε ορισμένους μετασχηματιστές, όπως αυτός του σχήματος 4.3λ, ο λέβητας επικοινωνεί με δοχείο διαστολής, το οποίο είναι ως τα μισά γεμάτο λάδι και επικοινωνεί με τον ατμοσφαιρικό αέρα, για να είναι δυνατό το λάδι του μετασχηματιστή να διαστέλλεται ελεύθερα, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του. Ταυτόχρονα το λάδι μέσα στο δοχείο διαστολής έχει χαμηλότερη θερμοκρασία και δεν παθαίνει αλλοιώσεις από τον ατμοσφαιρικό αέρα, με τον οποίο βρίσκεται σε επαφή. Με το δοχείο διαστολής πετυχαίνομε να είναι πάντοτε γεμάτος με λάδι ο λέβητας του μετασχηματιστή. Έτσι δεν είναι δυνατό να σχηματιστούν κάτω από το κάλυμμα του λέβητα φυσαλίδες από αέρα λαδιού και αέρα, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν έκρηξη, στο να δημιουργηθεί κάποιος σπινθήρας. Σε άλλους μετασχηματιστές, οι οποίοι δεν έχουν δοχείο διαστολής, ο λέβητας είναι αεροστεγώς κλεισμένος και στο άνω μέρος του υπάρχει ένα στρώμα από άζωτο, το οποίο επιτρέπει τη διαστολή του λαδιού. Με τη χρησιμοποίηση του αζώτου το ζεστό λάδι


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

του μετασχηματιστή δεν έρχεται σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα και διατηρείται σε καλή κατάσταση για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Στους μετασχηματιστές λαδιού το ενεργό μέρος του μετασχηματιστή είτε στηρίζεται στον πυθμένα του λέβητα, όπως στο μετασχηματιστή του σχήματος 4.3λ, είτε κρεμιέται από το κάλυμμα του λέβητα με δύο αναρτήρες, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3μ.

Σχ. 4.3μ

Στην περίπτωση αυτή αν χρειαστεί να αποσυναρμολογήσουμε το μετασχηματιστή, θα πρέπει να έχομε υπόψη μας ότι με το κάλυμμα θα ανυψώσομε και το ενεργό μέρος. Αξιολόγηση 4.3 4.3.1 Ποίους μετασχηματιστές ονομάζουμε τύπου πυρήνα και ποίους μετασχηματιστές

τύπου μανδύα. 4.3.2 Πού τοποθετούνται τα τυλίγματα στους μονοφασικούς μετασχηματιστές τύπου

πυρήνα; 4.3.3 Πώς κατασκευάζεται ο πυρήνας των μονοφασικών μετασχηματιστών τύπου

μανδύα;


ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.3.4 Πώς κατασκευάζεται ο πυρήνας 3~ Μ/Σ και πού τοποθετούνται τα τυλίγματα; 4.3.5 Να σχεδιάσετε ένα απλό διάγραμμα που να δείχνει πώς είναι κατασκευασμένος

ένας τριφασικός μετασχηματιστής. 4.3.6 Να περιγράψετε και να δικαιολογήσετε τον τρόπο κατασκευής του πυρήνα των

μετασχηματιστών.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.4 ΨΥΞΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.4.1 Να περιγράφετε τους τρόπους ψύξης των μετασχηματιστών. 4.4.1 Γενικά Αν και οι μετασχηματιστές είναι από τις ηλεκτρικές μηχανές που έχουν τους καλύτερους βαθμούς απόδοσης, όμως στη λειτουργία τους θερμαίνονται και αυτοί, όπως κάθε ηλεκτρική μηχανή, από τη θερμότητα που παράγεται από τις μαγνητικές και ηλεκτρικές απώλειες. Κατά την κατασκευή των μετασχηματιστών λαμβάνονται κατάλληλα μέτρα, ώστε να διευκολύνεται η μετάδοση της θερμότητας των απωλειών στον περιβάλλοντα χώρο. Δηλαδή λαμβάνονται μέτρα για την ψύξη των μετασχηματιστών, ώστε η θερμοκρασία τους στη λειτουργία να μην ανεβαίνει σε όρια επικίνδυνα για τις μονώσεις. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα όρια αυτά έχουν σημαντικά αυξηθεί τα τελευταία χρόνια χάρη στη χρησιμοποίηση νέων μονωτικών υλικών. Ανάλογα με τον τρόπο ψύξεως, τους μετασχηματιστές τους διακρίνουμε σε:

α) Ξηρούς με φυσική ψύξη β) Ξηρούς με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα ψύξεως γ) Λαδιού με φυσική κυκλοφορία λαδιού δ) Λαδιού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του λαδιού 4.4.2 Ξηρούς με φυσική ψύξη Στους μετασχηματιστές αυτούς η εξωτερική επιφάνεια του ενεργού μέρους του μετασχηματιστή (επιφάνεια ψύξεως) με την οποία έρχονται σε επαφή με τον αέρα του περιβάλλοντος, είναι αρκετή για την εξασφάλιση ικανοποιητικής ψύξεως. Ο τρόπος αυτός ψύξεως είναι ο πιο οικονομικός, δεν μπορεί όμως να εφαρμοστεί παρά μόνο σε μετασχηματιστές μικρής ισχύος ( το πολύ μέχρι 150KVA). Όταν η ισχύς του μετασχηματιστή είναι μεγαλύτερη τότε η εξωτερική του επιφάνεια δεν είναι αρκετή για την εξασφάλιση της ψύξεως. 4.4.3 Ξηρούς με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα ψύξεως Σε αυτούς ένας ανεμιστήρας επιταχύνει τη μετάδοση της θερμότητας των απωλειών από το μετασχηματιστή στον περιβάλλοντα αέρα. Ο μετασχηματιστής έχει τότε διόδους (κανάλια) για την κυκλοφορία του αέρα στον πυρήνα και τα τυλίγματα και είναι κλεισμένος μέσα σε ένα μεταλλικό περίβλημα. Στους μετασχηματιστές αυτούς πρέπει να παίρνομε μέτρα προστασίας, δηλαδή να σταματά η λειτουργία του μετασχηματιστή, αν για οποιονδήποτε λόγο σταματήσει να λειτουργεί ο κινητήρας, που κυκλοφορεί τον αέρα ψύξεως.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.4.4 Λαδιού με φυσική κυκλοφορία λαδιού Στους μετασχηματιστές λαδιού, το λάδι, που βρίσκεται σε επαφή με τα τυλίγματα και τον πυρήνα του μετασχηματιστή, θερμαίνεται από τη θερμότητα των απωλειών, γίνεται αραιότερο και ανεβαίνει. Το λάδι, το οποίο βρίσκεται σε επαφή με τα τοιχώματα του λέβητα και που έχει μεταδώσει σε αυτά μέρος της θερμότητας του, έχει μεγαλύτερη πυκνότητα και συνεπώς κατεβαίνει και παίρνει τη θέση του θερμού λαδιού. Με τον τρόπο αυτό σχηματίζεται ένα ρεύμα λαδιού, το οποίο παίρνει τη θερμότητα των απωλειών από το ενεργό μέρος του μετασχηματιστή και τη μεταφέρει στα τοιχώματα του λέβητα, οπότε από εκεί μεταδίδεται στον περιβάλλοντα ατμοσφαιρικό αέρα. Για να αυξηθεί η ταχύτητα μεταδόσεως της θερμότητας στον ατμοσφαιρικό αέρα, των μετασχηματιστών λαδιού ισχύος μεγαλύτερης από 150KVA περίπου, οι κατασκευαστές τοποθετούν στα πλευρά του λέβητα σωλήνες (σχ. 4.4α), πτερύγια (σχ. 4.4β(α) ή σώματα ψύξεως παρόμοια με τα σώματα των κεντρικών θερμάνσεων (σχ. 4.4β(β) τα οποία επικοινωνούν με το επάνω και κάτω μέρος των πλευρών του λέβητα. Έτσι, αυξάνεται σημαντικά η επιφάνεια επαφής του λαδιού με τα τοιχώματα του λέβητα και των τοιχωμάτων με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Ο τρόπος αυτός εφαρμόζεται συνήθως στους μετασχηματιστές με μέτρια ισχύ (200 - 2000 KVA)

Σχ 4.4α


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.4β

Για να αυξηθεί ακόμα περισσότερο η ταχύτητα ψύξεως στους μεγάλους μετασχηματιστές (π.χ. με ισχύ 10MVA) χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες, οι οποίοι θέτουν σε κίνηση τον αέρα, που περιβάλλει τις σωληνώσεις ή τα σώματα ψύξεως. Οι ανεμιστήρες αυτοί μπαίνουν σε λειτουργία, όταν το φορτίο του μετασχηματιστή περάσει ένα όριο π.χ. το μισό του κανονικού φορτίου. 4.4.5 Λαδιού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του λαδιού Σε αυτή τη μέθοδο ψύξεως, που εφαρμόζεται σε μετασχηματιστές μεγάλης ισχύος (π.χ. 50MVA), το λάδι οδηγείται με τη βοήθεια αντλίας και σωληνώσεων από το επάνω μέρος του μετασχηματιστή σε ιδιαίτερο ψυγείο που βρίσκεται έξω από αυτόν. Στο ψυγείο το λάδι ψύχεται. Αφού αποβάλει τη θερμότητα του το λάδι επανέρχεται στο κάτω μέρος του μετασχηματιστή. Αξιολόγηση 4.4 4.4.1 Να αναφέρεται τέσσερις τρόπους ψύξης των μετασχηματιστών. 4.4.2 Σε ποια μεγέθη μετασχηματιστών εφαρμόζονται οι ποιο κάτω μέθοδοι ψύξεως:

α) Λαδιού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του λαδιού β) Ξηρούς με φυσική ψύξη γ) Λαδιού με φυσική κυκλοφορία λαδιού


ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.4.3 Να περιγράψετε τη μέθοδο ψύξεως μετασχηματιστή “Λαδιού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του λαδιού”

ΕΝΟΤΗΤΑ 04


4.5 Η ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.5.1 Να εξηγείτε την αρχή λειτουργίας του μονοφασικού μετασχηματιστή

χωρίς φορτίο. ΣΤΟΧΟΣ 4.5.2 Να γράφετε τις σχέσεις με τις οποίες υπολογίζεται η ΗΕΔ στο

πρωτεύων και η ΗΕΔ στο δευτερεύον τύλιγμα του μονοφασικού μετασχηματιστή χωρίς φορτίο.

ΣΤΟΧΟΣ 4.5.3 Να σχεδιάζετε το ανυσματικό σχεδιάγραμμα του μονοφασικού

μετασχηματιστή χωρίς φορτίο. ΣΤΟΧΟΣ 4.5.4 Να εφαρμόζετε το ανυσματικό διάγραμμα μονοφασικού

μετασχηματιστή χωρίς φορτίο και τις σχέσεις με τις οποίες υπολογίζεται η ΗΕΔ στο πρωτεύων και η ΗΕΔ στο δευτερεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή χωρίς φορτίο, και να λύει προβλήματα.

ΣΤΟΧΟΣ 4.5.6 Να εξηγείτε τη λειτουργία του μετασχηματιστή υπό φορτίο. ΣΤΟΧΟΣ 4.5.7 Να σχεδιάζετε το ανυσματικό διάγραμμα μετασχηματιστή υπό φορτίο

(Ωμικό φορτίο). ΣΤΟΧΟΣ 4.5.8 Να λύετε προβλήματα για μετασχηματιστές που εργάζονται υπό

φορτίο.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.5.1 Αρχή λειτουργίας Μονοφασικών μετασχηματιστών. Το σχήμα 4.5α παριστάνει ένα μονοφασικό μετασχηματιστή, στον οποίο χάρη απλότητας δεχόμαστε ότι υπάρχουν τυλίγματα μόνο στον ένα κορμό του πυρήνα. Το πρωτεύον τύλιγμα (Χ.Τ. στο σχήμα ) τροφοδοτείται από το δίκτυο με εναλλασσόμενη τάση που έχει ενδεικνυμένη τιμή U1 . Το δευτερεύον τύλιγμα (Υ.Τ. στο σχήμα ) είναι ανοικτό, δηλαδή δεν έχει συνδεθεί κατανάλωση σε αυτό.

Σχ.4.5α

Η εναλλασσόμενη τάση U1 δημιουργεί στο πρωτεύον τύλιγμα μία εναλλασσόμενη ένταση Ιο. Αποτέλεσμα της εντάσεως αυτής είναι, να αναπτυχθεί μέσα στον πυρήνα του μετασχηματιστή μαγνητική ροή Φμ , που κλείνει κύκλωμα όπως φαίνεται στο σχήμα 4.5α. Μπορούμε να δεχτούμε ότι η μαγνητική αντίσταση του κυκλώματος αυτού είναι σταθερή. Αυτό πλησιάζει πολύ στην πραγματικότητα, όταν η μαγνητική επαγωγή στον πυρήνα δεν είναι μεγάλη. Τότε η μαγνητική ροή που δημιουργείται από την εναλλασσόμενη ένταση Ιο θα είναι και αυτή εναλλασσόμενη, δηλαδή η μεταβολή της με το χρόνο θα παριστάνεται από μία ημιτονοειδή καμπύλη. Η συχνότητα f της εναλλασσόμενης αυτής μαγνητικής ροής θα είναι η ίδια με τη συχνότητα της έντασης Ιο , δηλαδή με τη συχνότητα του δικτύου τροφοδοτήσεως. Μέσα από το δευτερεύον τύλιγμα περνά συνεπώς μία εναλλασσόμενη, δηλαδή μεταβαλλόμενη με το χρόνο, μαγνητική ροή. Μέσα σε αυτό θα αναπτυχθεί ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγωγή, που είναι και αυτή εναλλασσόμενη της ίδιας συχνότητας f. Η ενδεικνυμένη τιμή της δίνεται από τη σχέση :

μΦ⋅⋅⋅= 22 44,4 WfE σε V όπου : f = η συχνότητα σε Hz W2 = ο αριθμός των σπειρών του δευτερεύοντος τυλίγματος και Φμ = η μέγιστη τιμή σε Wb της (ημιτονοειδούς) μαγνητικής ροής Μπορούμε να πούμε ότι το δευτερεύον τύλιγμα λειτουργεί σαν μια μονοφασική γεννήτρια με ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε2 , από την οποία μπορούμε να τροφοδοτήσομε μονοφασικό καταναλωτή, συνδέοντας τα άκρα του στους ακροδέκτες U και V. Notes of P. Chrysandreas of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Όπως παρατηρούμε, η ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε2 είναι ανάλογη του αριθμού των σπειρών W2 του δευτερεύοντος. Άρα είναι δυνατό να γίνει όσο θέλομε μεγάλη, αρκεί να τοποθετήσομε τον κατάλληλο αριθμό σπειρών (και οι μονώσεις να αντέχουν στην τάση που θα δημιουργηθεί). Η μαγνητική ροή Φμ υπολογίζεται από τη μέγιστη τιμή Βμ της μαγνητικής επαγωγής, την οποία θέλομε να έχομε στον κορμό του πυρήνα και από την πραγματική διατομή S (διατομή σιδήρου) του κορμού που είναι το 90% της διατομής S’ του κορμού :

Φμ μ= ⋅S B σε Wb

όπου : S = η πραγματική διατομή του πυρήνα σε m2 και Βμ = η μέγιστη τιμή της μαγνητικής επαγωγής σε Wb/m2 Στους μετασχηματιστές μεγάλης ισχύος η διατομή του κορμού του πυρήνα είναι μεγάλη. Συνεπώς και η μαγνητική ροή είναι μεγάλη, δεδομένου ότι το Βμ εκλέγεται συνήθως μέσα σε ορισμένα όρια. Άρα για ορισμένη τάση δευτερεύοντος Ε2 , ο μεγάλος μετασχηματιστής θα έχει μικρότερο αριθμό σπειρών W2 από το μικρό μετασχηματιστή. Με όμοιο τρόπο, όπως εξηγήθηκε για το δευτερεύον τύλιγμα, δημιουργείται και στο πρωτεύον ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγωγή Ε1 η οποία όμως δρα εδώ σαν αντιηλεκτρεγερτική δύναμη προς την τάση U1 . Η ενδεικνυόμενη τιμή της δίνεται από τη σχέση :

μΦ⋅⋅⋅= 11 44,4 WfE σε V όπου : f = η συχνότητα σε Hz W1 = ο αριθμός των σπειρών του πρωτεύοντος τυλίγματος και Φμ = η μέγιστη τιμή σε Wb της (ημιτονοειδούς) μαγνητικής ροής Η μαγνητική ροή Φμ (σχ. 4.5α) είναι η χρήσιμη μαγνητική ροή του μετασχηματιστή, γιατί συντελεί στη δημιουργία των ηλεκτρεγερτικών δυνάμεων. Η ένταση Ιο όμως διερχόμενη από το πρωτεύον τύλιγμα δημιουργεί και μία πρωτεύουσα ροή σκεδάσεως Φ1σ η οποία κλείνει κύκλωμα με τον αέρα, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.5α. Αν και η ροή αυτή είναι μικρό ποσοστό της χρήσιμης μαγνητικής ροής (κάτω από 5%), έχει ιδιαίτερη σημασία στη λειτουργία του μετασχηματιστή, γιατί δημιουργεί αυτεπαγωγική πτώση τάσεως. 4.5.2 Αρχή λειτουργίας τριφασικών μετασχηματιστών Τρεις όμοιοι μονοφασικοί μετασχηματιστές είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν σε τριφασικό σύστημα για τη μετατροπή της τάσεως. Η λύση αυτή χρησιμοποιείται για μεγάλες ισχείς και πολύ υψηλές τάσεις. Στις άλλες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται οι τριφασικοί μετασχηματιστές, που περιγράψαμε στην παράγραφο 4.3.3. εδάφιο 3. Για να εξηγήσομε την αρχή λειτουργίας των τριφασικών μετασχηματιστών, ας πάρομε τρεις μονοφασικούς μετασχηματιστές με τυλίγματα μόνο στον ένα κορμό. Οι μετασχηματιστές έχουν τοποθετηθεί σε διάταξη ακτινωτή έτσι, ώστε οι κορμοί, οι οποίοι


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

δεν έχουν τυλίγματα, να είναι ενωμένοι, όπως φαίνεται στο αριστερό μέρος του σχήματος 4.5β. Αν τα πρωτεύοντα τυλίγματα, π.χ. τα τυλίγματα χαμηλής τάσεως u-x, v-y και w-z τα ενώσομε μεταξύ τους σε αστέρα ή σε τρίγωνο και τα συνδέσαμε σε τριφασικό δίκτυο, τότε, οι εντάσεις, που θα περάσουν από αυτά, θα έχουν κάθε στιγμή άθροισμα μηδέν. Άρα μηδενικό άθροισμα θα έχουν και οι στιγμιαίες τιμές Φ1, Φ2 και Φ3 των μαγνητικών ροών, που θα δημιουργηθούν στους τρεις πυρήνες από τις εντάσεις αυτές.

ΣΧ. 4.5β

Δηλαδή από τους τρεις ενωμένους κορμούς δεν θα περνά μαγνητική ροή. Συνεπώς μπορούμε να αφαιρέσαμε τους κορμούς αυτούς και να έχομε τριφασικό μετασχηματιστή με πυρήνα, όπως φαίνεται στο δεξιό μέρος του σχήματος 4.5β. Η κατασκευή του πυρήνα όπως τον δείχνει το σχήμα παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες, ενώ ταυτόχρονα ένας μετασχηματιστής με τέτοιο πυρήνα θα είχε μεγάλο όγκο. Γι' αυτούς τους λόγους, τους τριφασικούς μετασχηματιστές τους κατασκευάζουν με πυρήνα που έχει τη μορφή του σχήματος 4.5γ. Αυτό συνεπάγεται μια μικρή ασυμμετρία στις μαγνητικές ροές, χωρίς όμως ιδιαίτερη σημασία.

Σχ. 4.5γ

Σε κάθε κορμό του πυρήνα του τριφασικού μετασχηματιστή τοποθετείται, όπως εξηγήσαμε, ένα τύλιγμα Χ.Τ. και ένα Υ.Τ. Έτσι κάθε κορμός συμπεριφέρεται σαν μονοφασικός μετασχηματιστής. Στα επόμενα, όπου θα ασχοληθούμε με τη λειτουργία των μετασχηματιστών, θα εξετάσομε μονοφασικούς μετασχηματιστές. Τα συμπεράσματα όμως, στα οποία θα καταλήξομε, εφαρμόζονται εύκολα και στους τριφασικούς μετασχηματιστές. Αρκεί να έχομε υπόψη μας, ότι η ηλεκτρεγερτική δύναμη, η τάση και η


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

ένταση του μονοφασικού μετασχηματιστή είναι τα αντίστοιχα φασικά μεγέθη για τους τριφασικούς μετασχηματιστές. Ανάλογα με τη σύνδεση των τυλιγμάτων των μετασχηματιστών αυτών, είναι εύκολο τα φασικά μεγέθη να μετατραπούν σε πολικά. 4.5.3 Λειτουργία των μετασχηματιστών χωρίς φορτίο Όταν ο μετασχηματιστής εργάζεται χωρίς φορτίο στο δευτερεύον (σχ. 4.5α) η ένταση Ιο είναι μικρό ποσοστό της ονομαστικής του εντάσεως (1 έως 5% για τους μέτριους και μεγάλου μεγέθους μετασχηματιστές, φθάνει δε μέχρι 10% για τους μικρούς ). Άρα, είναι πολύ μικρές τόσο η ωμική πτώση τάσεως ( IοR1 ) στο πρωτεύον τύλιγμα λόγω της ωμικής αντιστάσεως του αγωγού, όσο και η αυτεπαγωγική πτώση τάσεως ( ΙοΧ1 ) λόγω της ροής σκεδάσεως. Συνεπώς στη λειτουργία χωρίς φορτίο η τάση U1 είναι ίση με μεγάλη προσέγγιση προς την ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε1 που δημιουργείται στο πρωτεύον :

U1 = E1 Στο δευτερεύον τύλιγμα στη λειτουργία χωρίς φορτίο είναι :

U2 = E2

Άρα μπορούμε να γράψομε :

KWW

WfWf

UU

==Φ⋅⋅⋅

Φ⋅⋅⋅=

2

1

2

1

2

1

44,444,4

μ

μ

Δηλαδή στη λειτουργία χωρίς φορτίο του μετασχηματιστή ο λόγος των τάσεων πρωτεύοντος και δευτερεύοντος είναι ίσος με το λόγο των αριθμών σπειρών των αντίστοιχων τυλιγμάτων. Ο τελευταίος αυτός λόγος W1/W2 ονομάζεται σχέση μεταφοράς Κ του μετασχηματιστή. Στη λειτουργία χωρίς φορτίο η ένταση Ιο έχει φασική απόκλιση φο προς την τάση U1 περίπου ίση με 900. Στην πραγματικότητα, λόγω των μαγνητικών απωλειών του μετασχηματιστή, η φο είναι μικρότερη από 900, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.5δ.

Σχ. 4.5δ


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Η Ιο αναλύεται σε μία ένταση Ιμαγν , η οποία προκαλεί τη μαγνήτιση του πυρήνα και δεν ξοδεύει ισχύ, και σε μία ένταση Ιαπ , η οποία είναι σε φάση με την τάση U1 και δίνει την ισχύ για τις μαγνητικές απώλειες στον πυρήνα (από υστέρηση και δινορεύματα). Η Ιαπ είναι περίπου 10% της Ιο , οπότε είναι συνφο= Ιαπ / Ιο =0,1 Ιο / Ιο =0,1. 4.5.4 Λειτουργία μετασχηματιστών με φορτίο 4.5.4α Φόρτιση μετασχηματιστή. Όταν συνδέσομε ένα καταναλωτή Κ στο δευτερεύον του μετασχηματιστή (σχ. 4.5ε), που το πρωτεύον του τροφοδοτείται με σταθερή τάση U1, από το δευτερεύον τύλιγμα θα περάσει μια εναλλασσόμενη ένταση με ενδεικνυόμενη τιμή I2. Ταυτόχρονα η ένταση, την οποία το πρωτεύον απορροφά από το δίκτυο τροφοδοτήσεως, θα αυξηθεί αυτόματα από Ι0 σε Ι1. Αυτό οφείλεται στα φαινόμενα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τελικά την ισχύ, την οποία απορροφά ο καταναλωτής από το δευτερεύον τύλιγμα, μαζί με τις απώλειες του μετασχηματιστή, την δίνει το δίκτυο, που τροφοδοτεί το πρωτεύον τύλιγμα.

Σχ. 4.5ε

Χωρίς να επεκταθούμε περισσότερο, θα αναφέρομε μόνο, ότι στη φόρτιση του μετασχηματιστή η μαγνητική ροή Φμ, που περνά μέσα από τον πυρήνα μένει περίπου η ίδια, όση ήταν στη λειτουργία χωρίς φορτίο. Η Φμ εξαρτάται μόνο από τα κατασκευαστικά στοιχεία του μετασχηματιστή και όχι από τις συνθήκες φορτίσεώς του. Αυτό γίνεται, γιατί όταν η Ι0 γίνει Ι1 τα περισσότερα αμπερελίγματα του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή εξουδετερώνονται από τα αντίθετα αμπερελίγματα,που δημιουργούνται από το δευτερεύον τύλιγμα λόγω της εντάσεως φορτίσεως Ι2 . 4.5.4β Σχέσεις μεταξύ εντάσεων και τάσεων. Αν μετρήσομε τις εντάσεις Ι1 και Ι2 , θα διαπιστώσαμε ότι με αρκετή προσέγγιση ισχύει η σχέση:


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

KWW

II

==2

1

1

2 ή 12 IKI ⋅=

Με προσέγγιση επίσης ισχύει και με φορτίο η σχέση, που είδαμε ότι ισχύει χωρίς φορτίο:

Kww

UU

==2

1

2

1 ή KUU 1

2 =

Η προσέγγιση στις σχέσεις αυτές είναι τόσο μεγαλύτερη όσο οι απώλειες και οι ροές σκεδάσεως του μετασχηματιστή είναι μικρότερες. Δηλαδή σε ένα ιδανικό μετασχηματιστή, χωρίς απώλειες και σκεδάσεις, οι σχέσεις θα ίσχυαν απόλυτα. Από τις παραπάνω σχέσεις βγάζομε το συμπέρασμα, ότι αν ένας μετασχηματιστής ανυψώνει την τάση στο δευτερεύον, θα υποβιβάζει με την ίδια περίπου σχέση την ένταση, που κυκλοφορεί σε αυτό. Επίσης, επειδή η πυκνότητα του ρεύματος πρέπει να είναι η ίδια στους αγωγούς και των δυο τυλιγμάτων, μπορούμε να πούμε, ότι: Το τύλιγμα χαμηλής τάσεως και μεγάλης εντάσεως έχει μικρό αριθμό σπειρών και αγωγό μεγάλης διατομής. Το τύλιγμα υψηλής τάσεως και χαμηλής εντάσεως έχει μεγάλο αριθμό σπειρών και αγωγό μικρής διατομής. Αν θεωρήσαμε αμελητέες τις απώλειες του μετασχηματιστή τότε η ισχύς P1 που απορροφά το πρωτεύον από το δίκτυο, είναι ίση περίπου με την ισχύ P2 που δίνει το δευτερεύον:

P1 = P2 ή U1 Ι1 . συν φ1 = U2 . Ι2 . συν φ2

Έχομε όμως KU

U 12 = και Ι2 =Κ.Ι1

Άρα: U2 . Ι2 = U1 . Ι1 και συνεπώς:

συν φ1 = συν φ2 Δηλαδή η φασική απόκλιση Φ1 μεταξύ τάσεως και εντάσεως του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή είναι ίση περίπου με τη Φ2 που προκύπτει από το συντελεστή ισχύος του καταναλωτή (συν φ2 ). Περίπου ίση είναι και η φαινόμενη ισχύς του πρωτεύοντος (PS1 = U1 . Ι1 ) με τη φαινόμενη ισχύ του δευτερεύοντος (PS2 = U2 . Ι2 )

PS1= PS2 Παράδειγμα. Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής δίνει ένταση δευτερεύοντος Ι2 = 2Α με τάση U2 = 20 V, όταν η τάση του δικτύου τροφοδοτήσεως είναι U1 = 220 V. Ποια σύνθετη αντίσταση παρουσιάζει ο μετασχηματιστής αυτός στο δίκτυο τροφοδοτήσεως, αν θεωρηθούν αμελητέες οι απώλειες του;


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Λύση Η σύνθετη αντίσταση που ζητάμε είναι:

2

2

2

2

2

1

11 K

IU

KIUK

IUZ =

⋅==

όπου: 1120

220

2

1 ===UUK

Άρα: Ω=⋅= 1210220112

1Z

Κατά τη λύση του παραπάνω παραδείγματος προέκυψε η πολύ ενδιαφέρουσα σχέση ότι:

Ζ1 = Κ2 . Ζ2

όπου: Ζ2 είναι η σύνθετη αντίσταση του καταναλωτή: 2

22 I

UZ =

Όπως αναφέραμε, οι σχέσεις, που δώσαμε στην παράγραφο αυτή, είναι σχέσεις που ισχύουν με προσέγγιση. Τα πραγματικά μεγέθη διαφέρουν λίγο από εκείνα που προκύπτουν από τις σχέσεις αυτές. Δηλαδή μπορούμε να τις χρησιμοποιούμε όταν δεν υπάρχει ανάγκη μεγάλης ακρίβειας. Σημειώνομε επίσης ότι για τον ακριβή υπολογισμό των μεγεθών πρέπει να γίνει χρήση συνθέτων διανυσματικών διαγραμμάτων. 4.5.4γ Χαρακτηριστική φορτίου · Πτώση τάσεως. Κάθε ένα από τα δυο τυλίγματα ενός μετασχηματιστή έχει ορισμένη ωμική αντίσταση και δημιουργεί ορισμένη ροή σκεδάσεως (Φ1σ και Φ2σ στο σχήμα 4.5ε). Αποτέλεσμα αυτών είναι, όταν ο μετασχηματιστής εργάζεται με φορτίο, να δημιουργείται σε κάθε τύλιγμα του μια ωμική και μια αυτεπαγωγική (λόγω της ροής σκεδάσεως) πτώση τάσεως. Συνεπώς η τάση U2 με φορτίο δεν είναι ποτέ ακριβώς ίση με την τάση του δευτερεύοντος χωρίς φορτίο. Δηλαδή η U2 με φορτίο δεν είναι ακριβώς ίση με U1/Κ. Τη μεταβολή της τάσεως του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή από τη λειτουργία χωρίς φορτίο στη λειτουργία με το κανονικό φορτίο του, για ορισμένο συντελεστή ισχύος του φορτίου και σταθερή τάση πρωτεύοντος, την ονομάζαμε διακύμανση τάσεως και την εκφράζομε ως ποσοστό επί τοις εκατό της τάσεως του δευτερεύοντος με το κανονικό φορτίο. Επειδή στη λειτουργία χωρίς φορτίο, η τάση του δευτερεύοντος είναι ίση με την ηλεκτρεγερτική του δύναμη, για τη διακύμανση τάσεως έχομε:

%100%2

22 ⋅−

=∈N

N

UUE


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Όσο μικρότερη είναι η διακύμανση τάσεως, τόσο ποιοτικά καλύτερος είναι ο μετασχηματιστής. Στους μετασχηματιστές μέσου και μεγάλου μεγέθους, η διακύμανση τάσεως είναι κάτω του 5%. Χαρακτηριστική φορτίου ενός μετασχηματιστή ονομάζαμε την καμπύλη, η οποία δείχνει πώς μεταβάλλεται η τάση του δευτερεύοντος του, όταν μεταβάλλεται το φορτίο του, με σταθερή τάση του πρωτεύοντος και σταθερό συντελεστή ισχύος του φορτίου. Το σχήμα 4.5ζ δίνει τις χαρακτηριστικές φορτίου ενός μετασχηματιστή για τρεις διαφορετικούς συντελεστές ισχύος του φορτίου, δηλαδή για συν φ2 = 0,8 χωρητικό, για συν φ2 = 1 και για συν φ2 = 0,8 επαγωγικό. Γενικά η τάση με φορτίο είναι χαμηλότερη της τάσεως χωρίς φορτίο. Είναι όμως δυνατό να παρουσιασθεί και μεγαλύτερη τάση, όταν το φορτίο είναι πολύ χωρητικό (π.χ. πυκνωτής).

Σχ. 4.5ζ

Παράδειγμα. Να υπολογισθεί η διακύμανση τάσεως του μετασχηματιστή, ο οποίος έχει χαρακτηριστικές φορτίου τις καμπύλες του σχήματος 4.5ζ, αν το κανονικό του φορτίο είναι Ι2Ν = 50 Α. Λύση.

Για συν φ2 = 0,8 επαγ %5%100217

217228%100%2

221 =

−=⋅

−=∈

N

N

UUE

Για συν φ2 = 1 %8,1%100224

224228%100%2

222 =

−=⋅

−=∈

N

N

UUE


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Για συνφ2 = 0,8 χωρ. %7,1%100232

232228%100%2

223 −=

−=⋅

−=∈

N

N

UUE

Σημειώνομε ότι στο διάγραμμα του σχήματος 4.5ζ, επειδή η πτώση τάσεως στους μετασχηματιστές είναι πολύ μικρή (συνήθως δεν υπερβαίνει το 5%), η βαθμολόγηση του άξονα των τάσεων έχει αρχίσει από τα 200 V, Αυτό πρέπει πάντοτε να το προσέχομε, για να μην παρασυρόμαστε σε ψεύτικες εντυπώσεις, σχετικά με την ποσοστιαία μεταβολή ενός μεγέθους (π.χ. εδώ της τάσεως U2 ). 4.5.4δ Τάση βραχυκύκλωσες. Εκτελούμε το ακόλουθο πείραμα: Σε ένα μετασχηματιστή βραχυκυκλώνομε το δευτερεύον τύλιγμα αφού παρεμβάλλαμε ένα αμπερόμετρο στον αγωγό της βραχυκυκλώσεως (σχ. 4.5η). Έπειτα τροφοδοτούμε το πρωτεύον τύλιγμα με τάση (που έχει συχνότητα ίση με την ονομαστική), την οποία αυξάναμε σιγά - σιγά αρχίζοντας από πολύ μικρές τιμές. Για κάποια τιμή U1K της τάσεως του πρωτεύοντος, την οποία μετρούμε με βολτόμετρο, η ένταση στο βραχυκυκλωμένο δευτερεύον θα γίνει ίση με την ονομαστική ένταση Ι2N του μετασχηματιστή. Τότε και η ένταση του πρωτεύοντος θα είναι ίση με την ονομαστική του ένταση Ι1N. Την τάση αυτή U1K, η οποία ξοδεύεται ολόκληρη για εσωτερική πτώση τάσεως μέσα στο μετασχηματιστή, την ονομάζομε τάση βραχυκύκλωσες. Συνήθως την εκφράζαμε σαν ποσοστό επί τοις εκατό της ονομαστικής τάσεως του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή:

%100%1

1

N

KK U

Uu =

Σχ. 4.5η


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Παράδειγμα. Ποια είναι η τάση βραχυκυκλώσεως ενός μετασχηματιστή 6000/400 V, στον οποίο κατά το πείραμα βραχυκυκλώσεως, για να έχομε την ονομαστική ένταση στο δευτερεύον, χρειάσθηκε να τροφοδοτήσαμε το πρωτεύον με τάση 240 V; Λύση.

%4%1006000240%100%

1

1 ===N

KK U

Uu

Όπως θα εξηγήσομε στην επόμενη παράγραφο, η τάση βραχυκυκλώσεως καθορίζει τη διανομή των φορτίων σε μετασχηματιστές που λειτουργούν παράλληλα. Όταν γνωρίζομε την τάση βραχυκυκλώσεως, μπορούμε να υπολογίσαμε την πιθανή ένταση ενός βραχυκυκλώματος στο δευτερεύον του μετασχηματιστή, όταν το πρωτεύον τροφοδοτείται με την ονομαστική του τάση, από τη σχέση:

10022

K

NK u

II =

Παράδειγμα. Στο μετασχηματιστή του προηγούμενου παραδείγματος να υπολογισθεί σε ποια τιμή μπορεί να φθάσει η ένταση βραχυκυκλώσεως στο δευτερεύον με την ονομαστική τάση τροφοδοτήσεως στο πρωτεύον, όταν η ονομαστική ένταση του δευτερεύοντος είναι Ι2N=200 Α. Λύση.

AuI

IK

NK 5000

41002001002

2 =⋅

==

Αξιολόγηση 4.5 4.5.1 Να εξηγήσετε την αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή. 4.5.2 Μετασχηματιστής έχει διατομή κορμού 10cm x 10cm. Αν η μέγιστη τιμή της

μαγνητικής επαγωγής είναι Βμ=1Wb/m2 και η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτεί το πρωτεύον είναι f=50Hz να βρεθεί :

α) Ποια ηλεκτρεγερτική δύναμη δημιουργείται στο δευτερεύον, όταν αυτό έχει W2 =200 σπείρες


ΕΝΟΤΗΤΑ 04


και β) ποιος πρέπει να είναι ο αριθμός των σπειρών W2 του δευτερεύοντος για να δίνει την ίδια ηλεκτρεγερτική δύναμη, όταν η διατομή του κορμού έχει διαστάσεις 15cm x 15cm.

4.5.3 Ποιος είναι ο αριθμός σπειρών W1 ενός μετασχηματιστή, ο οποίος έχει W2=2000,

και ο οποίος στη λειτουργία χωρίς φορτίο όταν τροφοδοτήθηκε με τάση U1=12V έδωσε U2= 120V ; Ποια η σχέση μεταφοράς του μετασχηματιστή;

4.5.4 Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής τάσεως 6600/230V έχει στο πρωτεύον W1

=1650 σπείρες. Να υπολογισθεί η μέγιστη τιμή της μαγνητικής ροής στον πυρήνα, όταν ο μετασχηματιστής συνδεθεί σε δίκτυο τάσεως 6600V και συχνότητας 50Hz

4.5.4 Ο αριθμός σπειρών του πρωτεύοντος ενός μονοφασικού μετασχηματιστή είναι

W1=1200 και του δευτερεύοντος W2=350. Η μέγιστη τιμή της ημιτονοειδώς μεταβαλλόμενης μαγνητικής ροής στον πυρήνα είναι Φμ=0.005Vs όταν ο μετασχηματιστής τροφοδοτείται από δίκτυο με συχνότητα 50Hz.

Να υπολογιστούν οι ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις που δημιουργούνται από επαγωγή στα δύο τυλίγματα.

4.5.5 Σε μονοφασικό μετασχηματιστή μετρήθηκαν οι τάσεις πρωτεύοντος και

δευτερεύοντος χωρίς φορτίο και βρέθηκαν U1= 2800 V και U2= 220V αντίστοιχα. Αν το δευτερεύον έχει W2= 52 σπείρες, πόσες σπείρες έχει το πρωτεύον;

4.5.6 Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής έχει 100 στροφές στο πρωτεύον και 200

στροφές στο δευτερεύον τύλιγμα. Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται σε παροχή τάσης 220V και το δευτερεύον τύλιγμα συνδέεται σε ωμικό φορτίο 160Ω. Να υπολογίσετε την τάση στο φορτίο, καθώς και τα ρεύματα στα δύο τυλίγματα.

4.5.7 Τριφασικός μετασχηματιστής ζεύξεως αστέρα - αστέρα έχει σχέση

ονομαστικών τάσεων 2200/115V. Αν η ένταση γραμμής στο δευτερεύον είναι 72Α ποια είναι η ένταση γραμμής στο πρωτεύον του μετασχηματιστή, αν αγνοηθούν οι απώλειες του:

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.6 ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΤΥΛΙΓΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.6.1 Να αναφέρετε τους διάφορους τρόπους και τους αντίστοιχους

συμβολισμούς με τους οποίους συνδέονται τα τυλίγματα τριφασικών μετασχηματιστών.

4.6.1 Συνδεσμολογία των τυλιγμάτων μονοφασικών μετασχηματιστών. Το σχήμα 4.6α(α) παριστάνει πώς είναι συνδεσμολογημένα τα τυλίγματα ενός μονοφασικού μετασχηματιστή, τα οποία δεχόμαστε ότι είναι περιελιγμένα κατά

Σχ.4.6α.

την ίδια φορά και, όπως γνωρίζομε, είναι τοποθετημένα στους δύο κορμούς του πυρήνα. Στο σχ.4.6α(β) φαίνεται μία άλλη (συμβολική) σχεδίαση των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή. Στη σχεδίαση αυτή τα τυλίγματα πρέπει να θεωρηθούν ότι πηγαίνουν στην πραγματική τους (φυσική) θέση, αν στραφούν προς τα κάτω.

Οι ακροδέκτες του τυλίγματος Υ.Τ. σημειώνονται στο κάλυμμα του μετασχηματιστή με τα κεφαλαία γράμματα U και V (ή Α και Β ή Η1 και Η2). Οι ακροδέκτες του τυλίγματος Χ.Τ. σημειώνονται με τα μικρά γράμματα υ και ν (ή a και b ή x1 και x2). Αν γίνεται και μεσαία λήψη, όπως στο σχήμα, ο αντίστοιχος ακροδέκτης τοποθετείται μεταξύ των άλλων δυο και σημειώνεται με τα μικρά γράμματα η (ή ηp ή x0).

Απέναντι ακριβώς από τον ακροδέκτη U της Υ.Τ. τοποθετείται ο ακροδέκτης u της Χ.Τ., ο οποίος έχει πάντοτε την ίδια πολικότητα με τον U. Δηλαδή τα παραστατικά διανύσματα των τάσεων VU και vu είναι σε φάση [σχ. 4.6α(γ)].


ΕΝΟΤΗΤΑ 04


Στους μετασχηματιστές με μεσαία λήψη, μεταξύ του ακροδέκτη της η και ενός από τους δύο άλλους ακροδέκτες u και ν επικρατεί το μισό της τάσεως του δευτερεύοντος. Αν π.χ. η τάση του δευτερεύοντος είναι 220 V, τότε μεταξύ η και u καθώς και μεταξύ η και ν έχομε τάση 110V. Δηλαδή ο μετασχηματιστής δίνει στο δευτερεύον, στις περιπτώσεις αυτές, δύο τάσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν (110 και 220 V). Μικροί μετασχηματιστές με μεσαία λήψη χρησιμοποιούνται πολύ στις ανορθωτικές διατάξεις των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Με τον ίδιο τρόπο, όπως έχομε τη μεσαία λήψη, είναι δυνατό από το δευτερεύον του μετασχηματιστή να πάρομε περισσότερες λήψεις. Έχομε τότε ένα μετασχηματιστή ο οποίος μπορεί να δώσει πολλές τάσεις στο δευτερεύον του. Το μέγεθος κάθε μιας από τις τάσεις αυτές εξαρτάται από τον αριθμό των σπειρών του αντίστοιχου σημείου λήψεως.

Σε ορισμένες περιπτώσεις θέλομε να έχομε από το δευτερεύον του μετασχηματιστή ένα ορισμένο αριθμό τάσεων ανεξαρτήτων μεταξύ τους. Το δευτερεύον του μετασχηματιστή έχει τότε αντίστοιχο αριθμό τυλιγμάτων ανεξαρτήτων επίσης μεταξύ τους. Π.χ. ο μετασχηματιστής του σχήματος 4.6β έχει στο δευτερεύον δύο τυλίγματα, τα οποία δίνουν τάσεις 110V και 6V, όταν το πρωτεύον του τροφοδοτείται με τάση 220V. Ο αριθμός των σπειρών κάθε τυλίγματος καθορίζεται από τις σχέσεις μεταφοράς 220/110V και 220/6V.

Όταν θέλομε ο μετασχηματιστής να είναι κατάλληλος να λειτουργήσει με περισσότερες από μία τάσεις πρωτεύοντος, δηλαδή να μπορεί να λειτουργήσει σε διάφορα δίκτυα ηλεκτροδοτήσεως, τότε βγάζομε λήψεις από το πρωτεύον τύλιγμα. Ο μετασχηματιστής του σχήματος 4.6γ μπορεί να λειτουργήσει με τάσεις πρωτεύοντος 110, 125, 220 και 240V, αρκεί να τοποθετήσαμε στην κατάλληλη λήψη την ασφάλεια Α6. Από το δευτερεύον του μετασχηματιστή, το οποίο έχει δύο τυλίγματα, παίρνομε τάσεις 300V και 4V. Παράδειγμα. Ένας μετασχηματιστής ραδιοφώνου, όπως αυτός του σχήματος 4.6γ, τροφοδοτεί από το τύλιγμα των 300V τις ανόδους των λυχνιών με ένταση 100mΑ και από το τύλιγμα των 4V τα νήματα θερμάνσεως με ένταση 6Α. Να υπολογισθεί η ισχύς του μετασχηματιστή και η ένταση πρωτεύοντος για τις διάφορες λήψεις, αν οι απώλειες θεωρηθούν αμελητέες.

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.6β

Σχ. 4.6γ


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Λύση. Το τύλιγμα των ανόδων έχει φαινόμενη ισχύ:

PS’ =U2

’.I2’ = 300 x 0,1 = 30 VΑ

Το τύλιγμα θερμάνσεως έχει φαινόμενη ισχύ:

PS” =U2

” .I2”

= 4x 6 = 24 VΑ Άρα η ισχύς του μετασχηματιστή είναι:

PS = PS

’ + PS

” =30VA+24VA=54VA

Η ένταση πρωτεύοντος θα υπολογισθεί από τη σχέση:

11 U

PI s=

Άρα έχομε:

για τάση 240 V, AI 22,024054

1 ==

για τάση 220 V, AI 24,022054

1 ==

για τάση 125 V, AI 43,012554

1 ==

για τάση 110 V, AI 49,011054

1 ==

Η τάση ενός δικτύου διανομής από το οποίο τροφοδοτούνται μετασχηματιστές, δεν είναι η ίδια σε όλη την έκταση του δικτύου, λόγω πτώσεως της τάσεως (η τάση στην αρχή κάθε γραμμής είναι μεγαλύτερη από ό,τι είναι στο τέλος της). Για να μην επιδρά η ανομοιομορφία αυτή στην τάση του δευτερεύοντος τους, οι μετασχηματιστές των δικτύων διανομής κατασκευάζονται με λήψεις στο πρωτεύον, για τάσεις τροφοδοτήσεως που κυμαίνονται μέσα σε ορισμένα όρια, οι οποίες τους επιτρέπουν να δίνουν την ίδια τάση δευτερεύοντος.

Οι μετασχηματιστές διανομής της AHK, που είναι ονομαστικής τάσεως πρωτεύοντος 11000 V, έχουν λήψεις + 5% και ± 2,5%. Αυτό σημαίνει ότι, όταν η τάση του δικτύου στη θέση που θα τοποθετηθεί ο μετασχηματιστής είναι π.χ. 10450V, θα χρησιμοποιηθεί η λήψη -5%. Αν είναι 11275V, θα χρησιμοποιηθεί η λήψη +2,5% κ.ο.κ.

Το σχήμα 4.6δ δείχνει το τύλιγμα Υ.Τ. ενός μετασχηματιστή (της μιας φάσεως, αν ο

μετασχηματιστής είναι τριφασικός) και τον τρόπο, με τον οποίο παίρνονται οι λήψεις. Το τύλιγμα είναι διαιρεμένο σε δύο μισά και η συνδεσμολογία των λήψεων γίνεται με μηχανισμό, ο οποίος κινείται από μεταγωγέα Μ, που βρίσκεται στο κάλυμμα του μετασχηματιστή. Για τη θέση του μεταγωγέα, που δείχνει το σχήμα, συνδέονται οι λήψεις


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

II και V. Όπως βλέπομε από τον πίνακα, που είναι στο δεξιό μέρος του σχήματος 4.6δ, η σύνδεση αυτή δίνει διαφορά τάσεως στο πρωτεύον 0%, δηλαδή είναι η θέση που πρέπει να έχει ο μεταγωγέας όταν η τάση του δικτύου Υ,Τ. είναι 11000V,

Σχ. 4.6δ.

Τέλος σημειώναμε ότι στην κατασκευή αυτή η αλλαγή των λήψεων πρέπει να γίνεται, όταν ο μετασχηματιστής δεν είναι σε λειτουργία. Υπάρχουν άλλες κατασκευές, που επιτρέπουν την αλλαγή των λήψεων του μετασχηματιστή όταν λειτουργεί ή ακόμη και την αυτόματη αλλαγή των λήψεων, όταν η τάση του δικτύου μεταβάλλεται.

Όσα αναφέραμε στο εδάφιο αυτό για τις λήψεις των μετασχηματιστών και για τα πολλαπλά τυλίγματα, είναι εύκολο να αντιληφθεί κανείς ότι εφαρμόζονται και στους τριφασικούς μετασχηματιστές (όπως π.χ. δείχνει το σχήμα 6.11). Για το λόγο αυτό στο επόμενο εδάφιο, που θα εξετάσομε τη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων των τριφασικών μετασχηματιστών, δεν θα τα επαναλάβαμε, 4.6.2 Συνδεσμολογία των τυλιγμάτων τριφασικών μετασχηματιστών.

Το σχήμα 4.6ε(α) παριστάνει σχηματικά πώς είναι τοποθετημένα τα τρία τυλίγματα

(φάσεις) Υ.Τ. και τα τρία τυλίγματα (φάσεις) Χ.Τ. στον τριφασικό μετασχηματιστή. Τα τυλίγματα αυτά δεχόμαστε ότι είναι περιελιγμένα κατά την ίδια φορά, όπως γίνεται συνήθως στην πράξη. Στην περίπτωση του σχήματος, τόσο τα τυλίγματα Υ,Τ. όσο και τα τυλίγματα Χ.Τ, είναι συνδεσμολογημένα σε αστέρα. Δηλαδή πρόκειται για μετασχηματιστή ζεύξεως αστέρα-αστέρα, όπως λέμε.


Τα ελεύθερα άκρα των τριών φάσεων της Υ,Τ. έχουν συνδεθεί στους τρεις αντίστοιχους ακροδέκτες του καλύμματος του μετασχηματιστή, οι οποίοι είναι χαρακτηρισμένοι με τα

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

κεφαλαία γράμματα U, V, W (ή Α, Β, C, ή Η1 Η2, Η3). Αντίστοιχα οι τρεις ακροδέκτες της Χ.Τ. είναι χαρακτηρισμένοι με τα μικρά γράμματα u, ν, w (ή a, b, c, ή x1, x2, x3). Οι συνδέσεις των άκρων Χ, Υ, Ζ και χ, γ, ζ, γίνονται μέσα στο μετασχηματιστή και σχηματίζουν τους ουδέτερους κόμβους Υ.Τ. και Χ.Τ. Σε ορισμένους μετασχηματιστές οι ουδέτεροι κόμβοι συνδέονται με ιδιαίτερους ακροδέκτες πάνω στο κάλυμμα, οι οποίοι φέρουν τότε το γράμμα Ν (ή Νp ή Η0) για την Υ.Τ. και η (ή ηp ή xo ) για την Χ.Τ.

Σχ. 4.6ε.

Το σχήμα 4.6ε(β) δίνει τη συμβολική σχεδίαση των τυλιγμάτων μετασχηματιστή ζεύξεως αστέρα-αστέρα. Στο (γ) του ίδιου σχήματος φαίνεται το διανυσματικό διάγραμμα υψηλής και χαμηλής τάσεως. Όπως παρατηρούμε, στη ζεύξη αυτή η φασική απόκλιση μεταξύ των διανυσμάτων των αντιστοίχων φάσεων είναι μηδενική.

Στη συνδεσμολογία του αστέρα (για την υψηλή ή χαμηλή τάση) ισχύουν οι γνωστές σχέσεις:

3UU =Φ

ΙΦ = Ι

Παράδειγμα. Ένας τριφασικός μετασχηματιστής κατασκευάσθηκε για να τροφοδοτείται από δίκτυο τάσεως 380V. Στο πλήρες φορτίο του το πρωτεύον τύλιγμα, που είναι συνδεσμολογημένο σε αστέρα, απορροφά από το δίκτυο ένταση 10Α. Για ποια τάση και ποια ένταση κατασκευάσθηκε κάθε φάση του πρωτεύοντος τυλίγματος;


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Λύση. Ο αριθμός των σπειρών κάθε φάσεως του πρωτεύοντος τυλίγματος υπολογίσθηκε για τάση:

VU

U 220732,1

38031

1 ===Φ

Η διατομή του αγωγού, από τον οποίο είναι κατασκευασμένη κάθε φάση του πρωτεύοντος τυλίγματος, υπολογίσθηκε για ένταση:

Ι1φ= Ι1 =10Α

Στους τριφασικούς μετασχηματιστές τα τυλίγματα Υ.Τ. ή Χ.Τ. ή και τα δύο μπορεί να συνδεσμολογηθούν και σε τρίγωνο. Στο σχήμα 4.6ζ παριστάνεται μετασχηματιστής ζεύξεως τριγώνου-αστέρα, δηλαδή τριγώνου στην Υ.Τ. και αστέρα στη Χ.Τ.

Σε κάθε φάση του τυλίγματος Υ.Τ. εφαρμόζονται τώρα οι πολικές τάσεις του δικτύου. Συνεπώς ισχύουν οι γνωστές σχέσεις:

Uφ =U

3II =Φ

Σχ. 4.6ζ

Παράδειγμα.


ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Αν ο μετασχηματιστής του προηγούμενου παραδείγματος έχει το πρωτεύον τύλιγμα συνδεσμολογημένο σε τρίγωνο, για ποια τάση και για ποια ένταση κατασκευάσθηκε κάθε φάση του τυλίγματος αυτού; Λύση.

Στην περίπτωση αυτή, ο αριθμός των σπειρών κάθε φάσεως του πρωτεύοντος τυλίγματος υπολογίσθηκε για τάση:

U1φ = U1 = 380V Η διατομή του αγωγού, από τον οποίο είναι κατασκευασμένη κάθε φάση του πρωτεύοντος τυλίγματος, υπολογίσθηκε για ένταση:

AI

I 78,5732,110

31

1 ===Φ

Δηλαδή τώρα κάθε φάση του πρωτεύοντος τυλίγματος θα έχει μεγαλύτερο αριθμό σπειρών με αγωγό μικρότερης διατομής από ό,τι ο μετασχηματιστής του προηγούμενου παραδείγματος.

Πρέπει να παρατηρήσομε, ότι ο μετασχηματιστής του σχήματος 4.6ζ έχει τον ουδέτερο κόμβο στα επάνω άκρα υ, ν, w, των τυλιγμάτων Χ.Τ. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, οι τάσεις στα τυλίγματα αυτά να έχουν φασική απόκλιση 180° προς τις τάσεις των αντιστοίχων τυλιγμάτων Υ.Τ., δηλαδή το διανυσματικό διάγραμμα του μετασχηματιστή αυτού είναι όπως φαίνεται στο δεξιό μέρος του σχήματος 4.6ζ.

Στα τριφασικά δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με ουδέτερο, πολλές φορές χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές υποβιβασμού, οι οποίοι έχουν το δευτερεύον τους, δηλαδή τη Χ.Τ., συνδεσμολογημένο σε τεθλασμένο αστέρα (ζιγκ -ζαγκ). Στη συνδεσμολογία αυτή το τύλιγμα Χ.Τ. κάθε κορμού αποτελείται από δύο τμήματα. Κάθε τμήμα συνδέεται σε σειρά με ένα τμήμα από το τύλιγμα χαμηλής τάσεως άλλου κορμού. Το σχήμα 4.6η δείχνει μετασχηματιστή ζεύξεως αστέρα-τεθλασμένου αστέρα. Στο δεξιό μέρος του ίδιου σχήματος φαίνεται το διανυσματικό διάγραμμα των τάσεων. Όπως παρατηρούμε, το διάνυσμα της φασικής τάσεως U2φ = οx του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή αποτελείται από ένα διάνυσμα ον παράλληλο προς την πρωτεύουσα τάση OV και από ένα διάνυσμα vx με φασική απόκλιση 180° προς την πρωτεύουσα τάση ΟU. Αυτό προκύπτει από τον τρόπο, που είναι συνδεσμολογημένα τα δύο μέρη, από τα οποία αποτελείται το τύλιγμα Χ.Τ. της φάσεως ηχ (αριστερό μέρος του σχήματος 4.6η). Το ίδιο συμβαίνει και με τις υπόλοιπες φάσεις. Άρα κάθε ένα από τα δύο τμήματα του τυλίγματος Χ.Τ., που έχει κάθε κορμός, είναι κατασκευασμένο για τάση:

332

2Φ

Φ====

Uoxvxovu

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.6η

Παράδειγμα.

Για ποια τάση πρέπει να κατασκευασθεί κάθε τμήμα του δευτερεύοντος τυλίγματος ζεύξεως τεθλασμένου αστέρα σε ένα μετασχηματιστή, που δίνει πολική τάση 400V; Πόσο τοις εκατό περισσότερες σπείρες έχει το τύλιγμα αυτό σχετικά με το δευτερεύον τύλιγμα ζεύξεως σε αστέρα ενός άλλου μετασχηματιστή που δίνει την ίδια πολική τάση; Λύση.

Έχομε : VU

U 231732,1

40032

2 ===Φ

Άρα: VU

vxov 133732,1231

32 ==== Φ

Στη ζεύξη τεθλασμένου αστέρα σε κάθε κορμό έχομε δύο τυλίγματα, κάθε ένα από τα οποία δίνει τάση 133 V, όπως προέκυψε παραπάνω. Άρα ο αριθμός σπείρων και των δύο τυλιγμάτων θα αντιστοιχεί σε τάση 2 x 133= 266V. Ο αριθμός σπειρών κάθε τυλίγματος Χ,Τ. στη συνδεσμολογία αστέρα θα αντιστοιχεί σε τάση 231V, όταν η πολική τάση είναι 400V. Συνεπώς η συνδεσμολογία τεθλασμένου αστέρα έχει περισσότερες σπείρες κατά:

%15%10023135%100

231231266

=⋅=⋅−

Το ότι απαιτούν περισσότερες σπείρες αποτελεί μειονέκτημα των μετασχηματιστών τεθλασμένου αστέρα. Χρησιμοποιούνται όμως, όταν έχομε μεγάλη ανομοιομορφία στη

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

φόρτιση των τριών φάσεων του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή, οπότε περιορίζουν την κακή λειτουργία του μετασχηματιστή που προκαλείται από την ανομοιόμορφη φόρτιση. Επίσης με τη συνδεσμολογία τεθλασμένου αστέρα, όπως και με τη συνδεσμολογία αστέρα, μπορούμε να έχομε ουδέτερο κόμβο, που είναι απαραίτητος στα τριφασικά δίκτυα διανομής με τέσσερεις αγωγούς.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.6.3 Κατάταξη των τριφασικών μετασχηματιστών σε ομάδες.

Από όσα αναφέραμε στο προηγούμενο εδάφιο συμπεραίναμε, ότι υπάρχουν πολλοί συνδυασμοί στη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων των τριφασικών μετασχηματιστών, Ο Πίνακας 4.6θ δίνει τις συνδεσμολογίες που χρησιμοποιούνται στην πράξη. Ο συμβολισμός κάθε μετασχηματιστή που αναφέρεται στον πίνακα αυτό είναι ο διεθνής συμβολισμός. Τα γράμματα που χρησιμοποιούνται δίνουν αμέσως και το είδος της συνδεσμολογίας. Το πρώτο γράμμα (κεφαλαίο) δίνει τη ζεύξη του τυλίγματος Υ. Τ. και το δεύτερο (μικρό) του τυλίγματος Χ. Τ., ως εξής:

Σε τρίγωνο = D,d Σε αστέρα =Y,y Σε τεθλασμένο αστέρα =Z,z

Μετά τα δύο γράμματα ακολουθεί ένας αριθμός (0,5,6,11), που είναι ο αριθμός της ομάδας, στην οποία ανήκει ο μετασχηματιστής και έχει την ακόλουθη σημασία: Αν τον αριθμό αυτό τον πολλαπλασιάσομε επί 300, μας δίνει τη γωνία κατά την οποία καθυστερούν τα διανύσματα της Χ.Τ. ως προς τα αντίστοιχα διανύσματα της Υ.Τ. Ο μετασχηματιστής π.χ. του σχήματος 4.6ε έχει συμβολισμό Υy Ο, γιατί η γωνία μεταξύ των αντιστοίχων διανυσμάτων Υ.Τ. και Χ.Τ. είναι μηδενική. Από την παραπάνω σημασία, που έχει ο χαρακτηριστικός αριθμός της ομάδας, συμπεραίνομε ότι όλοι οι μετασχηματιστές, που ανήκουν σε μία ομάδα, έχουν τάσεις στο δευτερεύον, οι οποίες είναι σε φάση μεταξύ τους, όταν τα πρωτεύοντα τους τροφοδοτούνται από το ίδιο δίκτυο. Αυτό φαίνεται και από τα διανυσματικά διαγράμματα του Πίνακα 4.6θ, στα οποία δεν έχουν σημειωθεί χάρη απλότητας τα βέλη των διανυσμάτων.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Πίνακας 4.6θ

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.7 ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.7.1 Να αναφέρετε τα στοιχεία που πρέπει να πληρούνται ώστε αριθμός

μετασχηματιστών μπορούν να συνδέονται και να εργάζονται παράλληλα.

ΣΤΟΧΟΣ 4.7.2 Να σχεδιάζετε την παράλληλη συνδεσμολογία δύο ή περισσότερων

μετασχηματιστών. Όταν ένας μετασχηματιστής δεν επαρκεί για την τροφοδότηση ενός φορτίου, π.χ. ενός δικτύου, τότε ή πρέπει να τον αντικαταστήσαμε με άλλο μεγαλύτερης ισχύος ή να συνδέσαμε παράλληλα με αυτόν ένα δεύτερο μετασχηματιστή, ο οποίος να πάρει ένα μέρος του φορτίου. Για να μπορούν δύο ή περισσότεροι μετασχηματιστές να λειτουργήσουν παράλληλα πρέπει να εκπληρώνουν τις ακόλουθες συνθήκες:

α) Να είναι κατασκευασμένοι για την ίδια τάση πρωτεύοντος και για την ίδια τάση δευτερεύοντος.

β) Να ανήκουν στην ίδια ομάδα συνδεσμολογίας. γ) Να έχουν ίσες τάσεις βραχυκυκλώσεως. δ) Να γίνει σωστή σύνδεση των αντιστοίχων ακροδεκτών.

Οι τρεις πρώτες συνθήκες μπορούν εύκολα να εξακριβωθούν από τα στοιχεία, που είναι γραμμένα στις πινακίδες των μετασχηματιστών. Η εξακρίβωση της τέταρτης συνθήκης, αν δεν είμαστε βέβαιοι για την αντιστοιχία των ακροδεκτών, γίνεται με τη βοήθεια ενός βολτόμετρου που να έχει κλίμακα μετρήσεων διπλάσια της τάσεως του δευτερεύοντος των μετασχηματιστών. Το σχήμα 4.5α δείχνει τη χρήση του βολτόμετρου για το σκοπό αυτό στην περίπτωση μονοφασικών μετασχηματιστών (I), τριφασικών μετασχηματιστών χωρίς ουδέτερο (II) και τριφασικών μετασχηματιστών με ουδέτερο (III).

(I) (II) (III)

Σχ. 4.7α Δηλαδή συνδέαμε τον ένα ακροδέκτη της Χ.Τ. του μετασχηματιστή πού πρόκειται να

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

παραλληλισθεί με τον αντίστοιχο ζυγό Χ.Τ. και έπειτα τοποθετούμε το βολτόμετρο διαδοχικά μεταξύ των λοιπών ακροδεκτών και των αντιστοίχων ζυγών Χ.Τ. Σε καμιά περίπτωση το βολτόμετρο δεν πρέπει να δείξει τάση. Αν εκπληρώνονται όλες οι συνθήκες που αναφέραμε, οι μετασχηματιστές θα λειτουργήσουν παράλληλα με απόλυτα ικανοποιητικό τρόπο και καθένας θα ανάλαβα από το συνολικό φορτίο ένα μέρος ανάλογο προς την ονομαστική του ισχύ. Στην πράξη όμως σπάνια συμβαίνει να έχομε μετασχηματιστές με απόλυτα ίσες τάσεις βραχυκυκλώσεως. Γι’ αυτό δεχόμαστε ότι η τρίτη συνθήκη ισχύει όταν οι τάσεις βραχυκυκλώσεως δεν διαφέρουν μεταξύ τους περισσότερο από 10%. Όταν η διαφορά είναι μεγαλύτερη, ο μετασχηματιστής με τη μικρότερη τάση βραχυκυκλώσεως θα αναλάβει φορτίο μεγαλύτερο από αυτό που του αναλογεί με βάση την ισχύ του. Έτσι υπάρχει ενδεχόμενο ένας μικρός μετασχηματιστής που εργάζεται παράλληλα με ένα μεγάλο να υπερφορτωθεί. Για το λόγο αυτό δεν βάζομε σε παράλληλη λειτουργία μετασχηματιστές που έχουν σχέση ονομαστικής ισχύος μεγαλύτερη από 3 : 1 . Θα πρέπει μάλιστα ο μικρότερος μετασχηματιστής να έχει λίγο μεγαλύτερη τάση βραχυκυκλώσεως για να μην δημιουργούνται συνθήκες υπερφορτίσεώς του. Όταν έχομε μεγάλες διαφορές στις τάσεις βραχυκυκλώσεις, συνδέομε σε σειρά με το μετασχηματιστή, που έχει τη μικρότερη τάση βραχυκυκλώσεως, ειδικά στραγγαλιστικά πηνία. Το μέγεθος αυτών των πηνίων προσδιορίζεται από τη διαφορά των τάσεων βραχυκυκλώσεως και από την ισχύ. Παράδειγμα. Δύο μετασχηματιστές με ονομαστική ισχύ PΙ = 40 ΚVΑ και PII =80 KVΑ έχουν την ίδια τάση βραχυκυκλώσεως 4%. Αν οι μετασχηματιστές αυτοί εργασθούν παράλληλα για να τροφοδοτήσουν φορτίο P' = 90 KVΑ, πόση ισχύ θα δώσει ο καθένας; Λύση. Σύμφωνα με τα παραπάνω, ο καθένας μετασχηματιστής δίνει μέρος της ισχύος ανάλογο με την ονομαστική του ισχύ. Αν ονομάσαμε τα μέρη αυτά PI’ και PII’ αντίστοιχα θα έχομε:

II

II

I

I

PP

PP ''

= και ''' PPP III =+

ή 8040

''III PP

= και KVAPP III 90'' =+

ή και '' 2 III PP = KVAPP II 902 '' =+

ή KVAPI 303

90' == και KVAPII 60302' =⋅=

Τέλος πρέπει να σημειώσαμε ότι, όταν οι μετασχηματιστές έχουν μεταγωγείς με λήψεις

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

τυλιγμάτων, θα πρέπει οι μεταγωγείς σε όλους τους μετασχηματιστές που λειτουργούν παράλληλα να είναι στην ίδια θέση. Διαφορετικά θα κυκλοφορήσουν ρεύματα μεταξύ των δευτερευόντων τυλιγμάτων των μετασχηματιστών, έστω και αν εκπληρώνονται οι συνθήκες παράλληλης λειτουργίας, που αναφέραμε στη αρχή αυτής της παραγράφου.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.8 ΙΣΧΥΣ, ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΕΩΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.8.1 Να αναφέρετε τα είδη των απωλειών που παρουσιάζονται σ’ ένα

μετασχηματιστή. ΣΤΟΧΟΣ 4.8.2 Να υπολογίζετε την απόδοση ενός μετασχηματιστή. ΣΤΟΧΟΣ 4.8.3 Να συγκρίνετε την απόδοση ενός μετασχηματιστή με την απόδοση

ενός ηλεκτρικού κινητήρα της ίδιας ισχύος. 4.8.1 Ισχύς μετασχηματιστών. Η πραγματική ισχύς που δίνει ένας μετασχηματιστής στο δευτερεύον του, όταν τροφοδοτεί κατανάλωση με τάση U2 , ένταση Ι2 και συν φ2 , δίνεται από τις σχέσεις: Για μονοφασικό μετασχηματιστή: P2 = U2 . I2· συν φ2 Για τριφασικό μετασχηματιστή: P2 = 3 . U2 . Ι2 . συν φ2

Αντίστοιχα, η πραγματική ισχύς που ο μετασχηματιστής απορροφά από το δίκτυο είναι: Για μονοφασικό μετασχηματιστή: P1 = U1 . Ι1 . συν φ1 Για τριφασικό μετασχηματιστή: P1 = 3 . U1 . Ι1 . συν φ1 όπου U1 και Ι1 είναι η τάση και η ένταση στο πρωτεύον του μετασχηματιστή και συν φ1 ο αντίστοιχος συντελεστής ισχύος. Για τον υπολογισμό της φαινόμενης και άεργης ισχύος καθώς και του συν φ1 τόσο στο πρωτεύον όσο και στο δευτερεύον των μετασχηματιστών, ισχύουν οι ίδιες ακριβώς σχέσεις που ισχύουν και για τις γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος. 4.8.2 Απώλειες μετασχηματιστών Οι απώλειες στους μετασχηματιστές είναι δυο ειδών: α) Ηλεκτρικές απώλειες ή απώλειες χαλκού (Pη ), είναι αυτές που οφείλονται στο φαινόμενο Τζουλ, το οποίο δημιουργείται από το ρεύμα που κυκλοφορεί στα τυλίγματα (πρωτεύον και δευτερεύον). Οι απώλειες αυτές προσδιορίζονται με το πείραμα βραχυκυκλώσεως, που περιγράψαμε στο εδάφιο 4.5.4δ. Όταν η ένταση στο βραχυκυκλωμένο δευτερεύον γίνει ίση με την ονομαστική ένταση, η ένδειξη του βαττομέτρου στο πρωτεύον δίνει τις ηλεκτρικές απώλειες για το ονομαστικό φορτίο του μετασχηματιστή. Στο πείραμα βραχυκυκλώσεως, επειδή έχει μικρή τιμή η τάση

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

βραχυκυκλώσεως (συνήθως μέχρι 6 ή 7% της ονομαστικής τάσεως πρωτεύοντος), οι μαγνητικές απώλειες που θα δούμε παρακάτω είναι αμελητέες. β) Μαγνητικές απώλειες ή απώλειες σιδήρου (Pμ), είναι αυτές που οφείλονται στην υστέρηση και στα δινορρεύματα του σιδερένιου πυρήνα του μετασχηματιστή, Οι απώλειες αυτές προσδιορίζονται με ένα πείραμα λειτουργίας του μετασχηματιστή χωρίς φορτίο στο δευτερεύον. Στο πρωτεύον, που τροφοδοτείται με την ονομαστική τάση, τοποθετούνται τα όργανα που δείχνει το σχήμα 4.5η. Η ένδειξη του βαττομέτρου δίνει τώρα τις μαγνητικές απώλειες του μετασχηματιστή, γιατί οι ηλεκτρικές απώλειες (Ι02 . R1) είναι τώρα αμελητέες. Οι μαγνητικές απώλειες στους μετασχηματιστές με μέτριο βαθμό αποδόσεως δεν υπερβαίνουν τα 4 ως 5% της ονομαστικής ισχύος, φθάνουν δε μέχρι 1% στους μετασχηματιστές με καλό βαθμό αποδόσεως. Επειδή είναι πολύ μικρές οι μαγνητικές απώλειες, τους μετασχηματιστές μπορούμε να τους αφήνομε συνδεδεμένους στο δίκτυο τροφοδοτήσεως και τις ώρες στις οποίες δεν υπάρχει φορτίο που να τροφοδοτείται από το δευτερεύον τους. 4.8.3 Βαθμός αποδόσεως μετασχηματιστών. Βαθμός αποδόσεως ενός μετασχηματιστή είναι ο λόγος της πραγματικής ισχύος που δίνει το δευτερεύον προς την πραγματική ισχύ που απορροφά το πρωτεύον, όταν αυτό τροφοδοτείται με την ονομαστική του τάση.

μη

ηPPP

PPP

++==

2

2

1

2

Για να προσδιορίσαμε τις ακριβείς συνθήκες κάτω από τις οποίες ισχύει ορισμένος βαθμός αποδόσεως ενός μετασχηματιστή, πρέπει να γνωρίζομε την ένταση φορτίσεως του δευτερεύοντος καθώς και το συντελεστή ισχύος του φορτίου, γιατί όταν μεταβάλλεται είτε η ένταση φορτίσεως, είτε ο συντελεστής ισχύος, είτε και τα δύο μαζί, μεταβάλλεται και ο βαθμός αποδόσεως του μετασχηματιστή. Το σχήμα 4.8α δίνει τη μεταβολή του βαθμού αποδόσεως ενός μετασχηματιστή, όταν μεταβάλλεται η ένταση φορτίσεως του δευτερεύοντος με σταθερό συντελεστή ισχύος του φορτίου συν φ2 = 1. Όταν ο συντελεστής ισχύος του φορτίου είναι μικρότερος π.χ. συν φ2 = 0,8 έχομε άλλη καμπύλη (διακοπτόμενη στο σχήμα), η οποία δίνει μικρότερες τιμές του βαθμού αποδόσεως. Σε κάθε περίπτωση ο μεγαλύτερος βαθμός αποδόσεως, δηλαδή το μέγιστο της καμπύλης, βρίσκεται συνήθως κοντά στο ονομαστικό φορτίο του μετασχηματιστή.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.8α Καμπύλη βαθμού αποδόσεως μετασχηματιστή. Τις καμπύλες του σχήματος 4.8α μπορούμε να τις προσδιορίσομε πειραματικά με μέτρηση (με βαττόμετρα) των ισχύων Ρ1 και Ρ2 για διάφορες εντάσεις φορτίσεως του δευτερεύοντος, με σταθερό συντελεστή ισχύος του καταναλωτή. Άλλος τρόπος είναι, αν γνωρίζομε τις απώλειες Ρη και Ρμ ή αν τις έχομε μετρήσει, όπως αναφέραμε παραπάνω, να υπολογίσαμε το βαθμό αποδόσεως από τη σχέση:

μη

ηPPP

P++

=2

2

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.9 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ 1 : 1 Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.9.1 Nα περιγράφετε την κατασκευή και τη λειτουργία του

μετασχηματιστή 1:1. Είναι μετασχηματιστής με σχέση μεταφοράς 1 :1 , δηλ. με τάση πρωτεύοντος τυλίγματος ίση μ' αυτή του δευτερεύοντος, στον οποίο (για λόγους προστασίας) το δευτερεύον δεν έχει καμία σύνδεση ως προς τη γη, με σκοπό την απομόνωση (ηλεκτρικό διαχωρισμό) του δευτερεύοντος από το πρωτεύον κύκλωμα. Για το λόγο αυτό λέγεται και μετασχηματιστής απομόνωσης ή προστασίας. Οι μετασχηματιστές 1 :1 χρησιμοποιούνται στις εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, σαν μέθοδος προστασίας από έμμεση επαφή και σε ρευματοδότες (πρίζες) που τοποθετούνται σε υγρούς χώρους, όπως π.χ. ο ρευματοδότης ξυριστικής μηχανής. Τα τελευταία χρόνια κατασκευάζονται και ρευματοδότες με μετασχηματιστές 1 :1 για πλυντήρια ρούχων. Αξιολόγηση 4.9

4.9.1 Τι είναι ο μετασχηματιστής 1:1 και που χρησιμοποιείται;

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.10 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΛΞΗΣ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.10.1 Nα περιγράφετε την κατασκευή και τη λειτουργία του

μετασχηματιστή ηλεκτρικής έλξης 4.10.1 Γενικά Η πρόοδος στην τεχνολογία που συνδέεται με την ηλεκτρική ενέργεια (Η.Ε.), όπως αναφέραμε, οδήγησε στην αποκλειστική χρησιμοποίηση του εναλλασσόμενου ρεύματος στα δίκτυα διανομής Η.Ε. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις όπου, για ορισμένες χρήσεις, είναι απαραίτητο να έχουμε Η.Ε. με τη μορφή συνεχούς ρεύματος, όπως π.χ. στην κίνηση οχημάτων (ηλεκτρική έλξη) και στη φόρτιση των συσσωρευτών. Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να μετασχηματίσουμε το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.), στην κατάλληλη κάθε φορά τιμή και, στη συνέχεια, να το μετατρέψουμε σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.). Για το μετασχηματισμό των ηλεκτρικών μεγεθών του Ε.Ρ. χρησιμοποιούμε μετασχηματιστές, ενώ για τη μετατροπή του Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. ανορθωτές. 4.10.2 Μετασχηματιστές Ηλεκτρικής Έλξης Οι μετασχηματιστές ηλεκτρικής έλξης είναι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται για την ηλεκτρική έλξη, δηλαδή για την κίνηση οχημάτων με ηλεκτρικό ρεύμα. Η χρησιμοποίηση του ηλεκτρικού ρεύματος για την κίνηση οχημάτων, σε σχέση με τα παλιά συστήματα, παρουσιάζει πάρα πολλά πλεονεκτήματα. Μερικά απ' αυτά είναι: η καθαριότητα, η απαλλαγή από τα καυσαέρια και οι πολύ μεγάλες επιταχύνσεις κατά την εκκίνηση, που μειώνουν το χρόνο μεταξύ δύο σταθμεύσεων. Η μεγάλη εξέλιξη των ηλεκτροκινούμενων οχημάτων είχε σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη μεγάλου αριθμού συστημάτων, για τη τροφοδοσία τους. Σήμερα χρησιμοποιείται γενικά η μεταφορά με Ε.Ρ. (15-22KV) και η διανομή (χρήση) με Σ.Ρ. τάσης 600V. Στα Ηλεκτροκίνητα Λεωφορεία (τρόλεϊ), η τροφοδότηση γίνεται με εναέρια γραμμή μέσω επαφών ολίσθησης (άνθρακες κεραιών τρόλεϊ). Η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται από την Αρχήν Ηλεκτρισμού. μέσω υποσταθμών (Υ/Σ), στους οποίους βασικά υπάρχουν οι Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης, ώστε η τάση (600V Σ.Ρ.) να διατηρείται σταθερή. Οι μετασχηματιστές ηλεκτρικής έλξης είναι γενικά μετασχηματιστές υποβιβασμού τάσης (15 - 22KV / 600V), ζεύξης Τριγώνου-Αστέρα (Δ-Υ) (σχ. 4.10α), οι οποίοι συνοδεύονται πάντα από ανορθωτές υδραργύρου, για τη μετατροπή του Ε.Ρ. (τάσης 600V) σε Σ.Ρ. 600V.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.10α

Με τον (ίδιο τρόπο τροφοδοτείται γενικά και το δίκτυο έλξης των ηλεκτρικών σιδηροδρόμων τόσο μέσα στις πόλεις (μετρό), όσο και έξω απ' αυτές ή ακόμη και για τη σύνδεση μεταξύ δύο πόλεων. Η βασική διαφορά είναι ότι η γραμμή τροφοδοσίας είναι επίγεια και ο μετασχηματιστής ηλεκτρικής έλξης μεγαλύτερης ισχύος. Στους Ηλεκτρικούς Σιδηροδρόμους, σε κάθε υποσταθμό τοποθετείται μετασχηματιστής ηλεκτρικής έλξης 22KV/600V, ζεύξης Δ-Υ, ισχύος 2000KVA, μαζί με τον αντίστοιχο ανορθωτή υδραργύρου. Στους ηλεκτροκίνητους σιδηροδρόμους το ηλεκτρικό ρεύμα διαβιβάζεται μέσω του τροχού επαφής (1) στον μετασχηματιστή (2) και από εκεί στους κινητήρες έλξης (3) για την κίνηση των τροχών του συρμού (σχ. 4.10β).

Σχ. 4.10β

Τα τελευταία χρόνια οι μετασχηματιστές έλξης τροφοδοτούνται από έναν εναλλακτήρα (γεννήτρια) που βρίσκεται μέσα στην ηλεκτράμαξα (σχ. 4.10γ).

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.10γ Σήμερα, εκτός από τα ηλεκτροκίνητα οχήματα μαζικής μεταφοράς, κατασκευάζονται και ηλεκτρικά αυτοκίνητα , που λειτουργούν με μπαταρίες των 12 ή 24V, για τη φόρτιση των οποίων χρησιμοποιούμε φορτιστές, οι οποίοι αποτελούνται βασικά από ένα μετασχηματιστή υποβιβασμού και τους ανορθωτές. Ασφαλώς τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αξιόλογων επιδόσεων έχουν συσσωρευτές (μπαταρίες) μεγαλύτερης τάσης. Αξιολόγηση 4.10 4.10.1 Τι ονομάζουμε μετασχηματιστές ηλεκτρικής έλξης; Τι είδους μετασχηματιστής

είναι; 4.10.2 Ποιοι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται κυρίως στην ηλεκτρική έλξη; 4.10.3 Ηλεκτρική έλξη ονομάζουμε γενικά την κίνηση οχημάτων με:

α. μετασχηματιστές έλξης. β. πολλαπλασιαστή. γ. ηλεκτρικό ρεύμα. δ. διπλό διαφορικό.

4.10.4 Οι μετασχηματιστές ηλεκτρικής έλξης συνοδεύονται πάντα από έναν ειδικό: α. ανορθωτή υδραργύρου. β. μηχανισμό διαφορικού γ. μηχανισμό επαφών. δ. μηχανισμό κεραίας.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.11 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΗΣ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη των πιο κάτω, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.11.1 Nα περιγράφετε την κατασκευή και τη λειτουργία του

πολλαπλασιαστή. 4.11.1 Γενικά Σε ορισμένες περιπτώσεις είμαστε αναγκασμένοι να μετασχηματίσουμε και το συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.), όπως π.χ. στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε έναν ειδικό μετασχηματιστή συνεχούς ρεύματος, το γνωστό μας πολλαπλασιαστή, που μοιάζει κατασκευαστικά με τον μονοφασικό μετασχηματιστή. 4.11.2 Κατασκευή και αρχή λειτουργίας του Πολλαπλασιαστή Ο πολλαπλασιαστής αποτελεί ένα από τα βασικά στοιχεία του κυκλώματος - συστήματος ανάφλεξης του αυτοκινήτου (σχ. 4.11α).

(α)

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

(β)

Σχ. 4.11α Σύστημα ανάφλεξης αυτοκινήτου Όπως και ο συνηθισμένος μονοφασικός μετασχηματιστής, αποτελείται από:

- τον πυρήνα (από λεπτά σιδηροελάσματα) και - τα τυλίγματα (πρωτεύον και δευτερεύον).

Το πρωτεύον τύλιγμα του πολλαπλασιαστή (Χ.Τ.) έχει μερικές εκατοντάδες σπείρες, ενώ το δευτερεύον του (Υ.Τ.) χιλιάδες (15000-30000) σπείρες με αγωγό μικρής διατομής· Τα πηνία περιβάλλουν το σιδηροπυρήνα και είναι καλά μονωμένα, τόσο προς αυτόν, όσο και μεταξύ τους. Το ενεργό μέρος του πολλαπλασιαστή τοποθετείται μέσα σε στεγανό δοχείο, που συνήθως έχει κυλινδρική μορφή, πάνω στο οποίο σημειώνονται οι ακροδέκτες του (σχ. 4.11β).

(α) (β)

Σχ. 4.11β Πολλαπλασιαστής

Η λειτουργία του πολλαπλασιαστή είναι ίδια μ' αυτή των μετασχηματιστών, με τη διαφορά ότι, η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή Φ δεν προκαλείται από το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.), αλλά από το απότομο άνοιγμα και κλείσιμο του

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

πρωτεύοντος κυκλώματος (Χ.Τ.). Αυτό γίνεται μέσω του διακόπτη Χ.Τ.. που είναι ένα σύστημα επαφών από τουγκστένιο, που παλιότερα κατασκευάζονταν από κράμα πλατίνας, γι' αυτό ακόμη και σήμερα λέγονται πλατίνες. 4.11.3 Έλεγχοι πολλαπλασιαστή Σε κάθε πολλαπλασιαστή πρέπει να γίνονται τακτικά: - οπτικός έλεγχος και καθάρισμα και - μετρήσεις για τον έλεγχο της τιμής των αντιστάσεων των τυλιγμάτων αλλά και για πιθανό βραχυκύκλωμα.

Η τιμή της αντίστασης του πρωτεύοντος κυμαίνεται από 1 μέχρι 1,4Ω (σχ. 4.11γ(1)), ενώ του δευτερεύοντος από 4000 ως 6000Ω περίπου (σχ. 4.11γ(2)). Ο έλεγχος για πιθανό βραχυκύκλωμα γίνεται και πάλι μ' ένα ωμόμετρο. Στην περίπτωση αυτή (σχ. 4.11γ(3)) η αντίσταση πρέπει να είναι άπειρη.

Σχ. 4.11γ

Αξιολόγηση 4.11

4.11.1 Τι είναι ο πολλαπλασιαστής; Είναι Μ/Σ; (ναι ή όχι και γιατί;)

4.11.2 Ο πολλαπλασιαστής λειτουργεί γενικά σαν ένας μονοφασικός (1~) Μ/Σ: α. υποβιβασμού τάσης. β. ανύψωσης τάσης. γ. ανύψωσης ρεύματος. δ. ηλεκτρικής έλξης.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.12 ΑΥΤΟΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.12.1 Nα περιγράφετε την κατασκευή και τη λειτουργία του

αυτομετασχηματιστή. ΣΤΟΧΟΣ 4.12.2 Να αναφέρετε χρήσεις του αυτομετασχηματιστή. ΣΤΟΧΟΣ 4.12.3 Να αναφέρετε τις διαφορές του αυτομετασχηματιστή με τον

μετασχηματιστή. ΣΤΟΧΟΣ 4.12.4 Να διατυπώνετε τις σχέσεις ισχύος μετασχηματιστών -

αυτομετασχηματιστών. ΣΤΟΧΟΣ 4.12.5 Να περιγράφετε τον τρόπο σύνδεσης των αυτομετασχηματιστών ΣΤΟΧΟΣ 4.12.6 Να εντοπίζετε το εύρος ρύθμισης της τάσης των

αυτομετασχηματιστών. Αυτομετασχηματιστές ονομάζονται οι μετασχηματιστές που έχουν ένα μόνο τύλιγμα. π.χ. το πρωτεύον, ένα μέρος απ' το οποίο αποτελεί το δευτερεύον. Οι αυτομετασχηματιστές, όπως και οι γνωστοί μετασχηματιστές με δύο τυλίγματα, μπορεί να είναι μετασχηματιστής ανύψωσης ή μετασχηματιστής υποβιβασμού της τάσης. Στους μονοφασικούς αυτομετασχηματιστές υποβιβασμού οι ακροδέκτες u και v της Χ.Τ. είναι συνδεδεμένοι με το ένα άκρο Α (U) του τυλίγματος και με μια λήψη του Β (v), όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 4.12α. Άρα στους αυτομετασχηματιστές ένα τμήμα του τυλίγματος - εδώ το ΑΒ - ανήκει και στο πρωτεύον και στο δευτερεύον τύλιγμα του αυτομετασχηματιστή, δηλαδή είναι κοινό.

Σχ. 4.12α Μονοφασικός αυτομετασχηματιστής υποβιβασμού Η βασική διαφορά ανάμεσα στο μονοφασικό μετασχηματιστή, με δύο τυλίγματα, και στον αντίστοιχο αυτομετασχηματιστή είναι ότι στον αυτομετασχηματιστή δεν υπάρχει ηλεκτρική μόνωση μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος. Κατά τ’ άλλα οι σχέσεις που

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

είδαμε στους μονοφασικούς μετασχηματιστές ισχύουν και για τους μονοφασικούς αυτομετασχηματιστές, δηλαδή ισχύουν, κατά προσέγγιση, οι σχέσεις:

ή KU

U 12 = και K

II

WW

==1

2

2

1 ή 12 IKI ⋅=KUU

WW

==2

1

2

1

όπου: U1, I1 και W1 είναι τα γνωστά μεγέθη του πρωτεύοντος του Μ/Σ και

U2, I2 και W2 τα αντίστοιχα του δευτερεύοντος. Το κοινό τμήμα του τυλίγματος (ΑΒ) διαρρέετε από ένταση ρεύματος Ι, ίση με τη διαφορά των δύο εντάσεων Ι1 και Ι2, δηλ. είναι:

Ι = Ι1 - Ι2 Παράδειγμα Σ' ένα μονοφασικό αυτομετασχηματιστή, που τροφοδοτείται με τάση U1 =120V, οι σπείρες που ανήκουν στο πρωτεύον είναι W1 =100, ενώ όλο το τύλιγμα έχει W2=200 σπείρες. Αν στο δευτερεύον του αυτομετασχηματιστή είναι συνδεμένος ένας καταναλωτής με ωμική αντίσταση R=20Ω, να υπολογισθούν:

- η ένταση που απορροφά ο αυτομετασχηματιστής απ' το δίκτυο (Ι1) και - η ένταση στο κοινό τμήμα του τυλίγματος του (Ι).

Σχ. 4. 12β: Μονοφασικός αυτομετασχηματιστής ανύψωσης τάσης.

Λύση Στον αυτομετασχηματιστή αυτό (σχ. 1.17β) δευτερεύον είναι το τύλιγμα Υ.Τ., δηλ. είναι μετασχηματιστής ανύψωσης της τάσης. Από τις σχέσεις που δώσαμε παραπάνω έχουμε:

21

200100

2

1 ===WWK άρα V

KUU 240

21

12012 ===

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Για U2=240V και RK=20Ω AVRUI

K

12202402

2 =Ω

==

Επομένως AKII 24

21

1221 === και άρα Ι=Ι1-Ι2=24-12=12Α

Απ' το παράδειγμα διαπιστώνουμε ότι από το κοινό τμήμα του τυλίγματος του αυτομετασχηματιστή περνά μειωμένη ένταση ρεύματος. Για το λόγο αυτό κατασκευάζεται με αγωγό μικρότερης διατομής. Άρα οι αυτομετασχηματιστές, σε σχέση με τους γνωστούς μετασχηματιστές, έχουν χαμηλότερο "κόστος κατασκευής, λόγω του ενός τυλίγματος, αλλά και του μικρότερου βάρους των αγωγών και επομένως και λιγότερες απώλειες, δηλ. πολύ καλύτερο βαθμό απόδοσης (που πλησιάζει το 100%).

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του αυτομετασχηματιστή είναι ότι αποδίδει πολύ μεγαλύτερη φαινόμενη ισχύ (φαινόμενη ισχύς εξόδου), απ' αυτή του αντίστοιχου κανονικού Μ/Σ, για την ίδια φαινόμενη ισχύ πρωτεύοντος. Αποδεικνύεται ότι: - ο ΑΜ/Σ υποβιβασμού μπορεί να μας δώσει φαινόμενη ισχύ:

'22

1SS P

WWP ⋅=

- ο ΑΜ/Σ ανύψωσης αποδίδει φαινόμενη ισχύ εξόδου ίση με:

'22

2SS P

WWP ⋅=

όπου είναι η φαινόμενη ισχύς εξόδου που θα μας έδινε ένας συμβατικός Μ/Σ με 2'S

P

δύο ξεχωριστά τυλίγματα και τον ίδιο αριθμό σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος (W1 και W2) και W η διαφορά σπειρών των τυλιγμάτων. Έτσι, π.χ. ο ΑΜ/Σ του σχήματος 1 .17β μπορεί να αποδώσει φαινόμενη ισχύ:

'2

'2

'2

'22

2100200

)100200(2002

SSSSS PPPPWWP ⋅=⋅=⋅

−=⋅=

δηλ. 2 φορές μεγαλύτερη απ' αυτή ενός κανονικού Μ/Σ με τις ίδιες σπείρες.

Το βασικό μειονέκτημα των αυτομετασχηματιστών είναι ότι δεν υπάρχει ηλεκτρική μόνωση μεταξύ της Χ.Τ. και της Υ.Τ. Οι αυτομετασχηματιστές χρησιμοποιούνται μόνο σε ειδικές περιπτώσεις και κατασκευάζονται για σχέσεις μεταφοράς που πλησιάζουν τη μονάδα (π.χ. 1 /2).

Στο παρακάτω σχήμα 4.12γ φαίνονται τα σύμβολα (σε πολυγραμμική και μονογραμμική σχεδίαση) μονοφασικού αυτομετασχηματιστή υποβιβασμού και ανύψωσης τάσης.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

(α) (β)

Σχ. 4.12γ Συμβολισμοί μονοφασικών Αυτομετασχηματιστών υποβιβασμού (α) και ανύψωσης τάσης (β)

Στην πράξη κατασκευάζονται αυτομετασχηματιστές με δυνατότητα μεταβολής της τάσης του δευτερεύοντος τυλίγματος σε πολύ μεγάλα όρια (π.χ. από 0 ως 250V, που λέγονται μετασχηματιστές ρύθμισης ή «ρυθμιζόμενοι αυτομετασχηματιστές». Σ' αυτούς η μεταβολή της τάσης γίνεται με τη μετακίνηση μιας επαφής πάνω στο τύλιγμα (σχ. 4.12δ). Η επαφή αυτή είναι περίπου όπως και η ψήκτρα μιας ηλεκτρικής μηχανής και κατασκευάζεται από άνθρακα.

(α) (β) Σχ. 4.12δ Πραγματική μορφή (α) και συνδεσμολογία (β) ρυθμιζόμενου ΑΜ/Σ Όταν η επαφή βρίσκεται στο σημείο α, η τάση U2 είναι ίση με το μηδέν. Καθώς όμως μετατοπίζεται προς τα πάνω, η U2 αυξάνει σταδιακά. Όταν η επαφή βρίσκεται μεταξύ του β και γ, ο μετασχηματιστής λειτουργεί σαν μετασχηματιστής ανύψωσης της τάσης, ενώ όταν βρίσκεται μεταξύ του β και α, λειτουργεί σαν μετασχηματιστής υποβιβασμού. Στο σχήμα 4.12ε φαίνεται η πραγματική μορφή και ο συμβολισμός τριφασικού αυτομετασχηματιστή, στον οποίο υπάρχει μόνο ένα τύλιγμα ανά φάση. Οι τριφασικοί αυτομετασχηματιστές χρησιμοποιούνται στη διανομή Ηλεκτρικής Ενέργειας (σχ. 4.12ε(α), αλλά και για Χ.Τ., όπως π.χ. στην εκκίνηση τριφασικών κινητήρων.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

(α) (β) ΣΧ 4.12ε Τριφασικός Αυτομετασχηματιστής διανομής (α) και συμβολισμός τριφασικού

Αυτομετασχηματιστή (β) Αξιολόγηση 4.12 4.12.1 Τι ονομάζουμε ΑΜ/Σ; (Σχεδιάστε έναν 1 ~ ΑΜ/Σ υποβιβασμού τάσης). 4.12.2 Ποιες διαφορές έχει ένας ΑΜ/Σ από έναν Μ/Σ; 4.12.3 Για ποιες σχέσεις μεταφοράς κατασκευάζονται οι ΑΜ/Σ; 4.12.4 Πώς συνδέονται οι ΑΜ/Σ και ποια η τάση λειτουργίας τους; 4.12.5 Πώς προσδιορίζεται το εύρος ρύθμισης της τάσης ΑΜ/Σ; 4.12.6 Για τις ίδιες διαστάσεις, ποιος Μ/Σ έχει μεγαλύτερη ισχύ" ο ΑΜ/Σ ή ο απλός

Μ/Σ και γιατί;

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

4.13 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Διδακτικοί στόχοι Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε: ΣΤΟΧΟΣ 4.13.1 Να αναφέρετε την ανάγκη χρήσης των μετασχηματιστών

μετρήσεως. ΣΤΟΧΟΣ 4.13.2 Να αναφέρετε τα είδη των μετασχηματιστών μετρήσεων. ΣΤΟΧΟΣ 4.13.3 Να αναφέρετε βιομηχανικές εφαρμογές των μετασχηματιστών

μέτρησης. ΣΤΟΧΟΣ 4.13.4 Να αναφέρετε πότε χρησιμοποιούνται Μετασχηματιστές Οργάνων

για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών. ΣΤΟΧΟΣ 4.13.5 Να αναγνωρίζετε τους Μετασχηματιστές Οργάνων στους

ηλεκτρικούς πίνακες. 4.13.1 Γενικά Μετασχηματιστές Οργάνων μέτρησης (ή Μετασχηματιστές μετρήσεων) ονομάζουμε τους μετασχηματιστές που χρησιμεύουν για τη μέτρηση μεγάλων τάσεων ή εντάσεων ρεύματος, όπως π.χ. συμβαίνει στα δίκτυα υψηλής τάσης (Υ.Τ.) ή στα δίκτυα χαμηλής τάσης (Χ.Τ.), αλλά μεγάλης έντασης. Για το σκοπό αυτό παρεμβάλλονται μεταξύ των αγωγών των δικτύων και του οργάνου μέτρησης (σχ. 4.13α) και υποβιβάζουν, κατά τη σχέση μεταφοράς, την τάση ή την ένταση που θέλουμε να μετρήσουμε. Ανάλογα με τον προορισμό τους, οι μετασχηματιστές οργάνων (σχ.4.13α) διακρίνονται σε:

- Μ/Σ τάσης (σχ.4.13α (α)) και - Μ/Σ έντασης (σχ. 4.13α (β))

(α) (β)

Σχ. 4.13α: Διαγράμματα αρχής λειτουργίας και σύμβολα Μ/Σ οργάνων.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Έτσι π.χ., μ' ένα Μ/Σ τάσης που έχει σχέση μεταφοράς Κ=W1 /W2 =100 και ένα βολτόμετρο με κλίμακα τάσεων (U2) μέχρι 300V, μπορούμε να μετρήσουμε τάσεις (U1 ) μέχρι και 30000V (U1 =K ·U2 =100·300=30000V). Όμοια μ' έναν Μ/Σ έντασης που έχει σχέση μεταφοράς Κ=50 και ένα αμπερόμετρο με κλίμακα εντάσεων (Ι2 ) μέχρι 10Α μπορούμε να μετρήσουμε εντάσεις ρεύματος (Ι1 ) μέχρι και 500Α. Οι Μ/Σ οργάνων μέτρησης είναι όμοιοι κατασκευαστικά με τους γνωστούς Μ/Σ ισχύος, δηλ αποτελούνται κι αυτοί από τον πυρήνα και τα τυλίγματα (πρωτεύον και δευτε-ρεύον). Η διαφορά τους, εκτός από τον ειδικό σκοπό τους, είναι ότι αυτοί κατασκευά-ζονται για πολύ μικρότερες ισχείς (μερικές δεκάδες VΑ), όπως επίσης και το ότι, για λόγους προστασίας, το ένα άκρο του δευτερεύοντος τυλίγματος γειώνεται. Με τους Μ/Σ μετρήσεων πετυχαίνουμε ταυτόχρονα: - την αύξηση της περιοχής μετρήσεως των οργάνων, - την ηλεκτρική απομόνωση τους απ' τα κυκλώματα Υ.Τ. και - την εγκατάσταση τους σε θέσεις προσιτές και ακίνδυνες για το χειριστή τους. 4.13.2 Μ/Σ Οργάνων μέτρησης τάσης Σ' αυτούς το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται στους ζυγούς της Υ.Τ. που θέλουμε να μετρήσουμε και το δευτερεύον με το βολτόμετρο, ενώ ο ένας ακροδέκτης της Χ.Τ. για λόγους προστασίας γειώνεται (σχ. 4.13β).

(α) (β)

Σχ. 4.13β: Συνδεσμολογία (α) και η πραγματική μορφή Μ/Σ τάσης (β). Οι Μ/Σ τάσης εργάζονται με πολύ μικρό φορτίο (σχεδόν στο κενό), γιατί δίνουν μονό το αδύνατο ρεύμα, που χρειάζεται το βολτόμετρο, οπότε σε περίπτωση βραχυκυκλώματος υπάρχει κίνδυνος καταστροφής τους από το μεγάλο ρεύμα που θα αναπτυχθεί. Για το λόγο αυτό στο δευτερεύον τοποθετούμε πάντοτε μια ασφάλεια. Ασφάλειες τοποθετούνται επίσης και στη σύνδεση του πρωτεύοντος με την Υ.Τ. Η κλίμακα του Βολτόμετρου, που συνδέεται με Μ/Σ τάσης, μπορεί να είναι βαθμολογημένη:

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

- Είτε σαν Υ.Τ., οπότε η τάση διαβάζεται κατευθείαν, - Είτε σαν Χ.Τ., οπότε για να Βρούμε τη μετρούμενη τάση πρέπει να πολλαπλασιάσουμε την ένδειξη επί τη σχέση μεταφοράς. Δηλαδή είναι:

U1=K·U2 Για τη μέτρηση Υ.Τ. στα τριφασικά συστήματα χρησιμοποιούνται συνήθως τρεις 1 ~ Μ/Σ τάσης ή ένας 3~ με ζεύξη αστέρα (σχ. 4.13γ (α)), ενώ σε αρκετές περιπτώσεις χρησιμοποιείται και η ζεύξη V δύο 1 ~ Μ/Σ τάσης (σχ. 4.13γ (β)).

(α) (β)

Σχ. 4.13γ Ζεύξεις Μ/Σ τάσης για τριφασικά συστήματα 4.13.3 Μ/Σ Οργάνων μέτρησης έντασης Η συνδεσμολογία και η πραγματική μορφή Μ/Σ έντασης φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 4.13δ.

(α) (β)

Σχ. 4.13δ: Συνδεσμολογία (α) και πραγματική μορφή Μ/Σ έντασης (β). Το πρωτεύον τύλιγμα, που αποτελείται από πολύ λίγες σπείρες και αγωγό μεγάλης διατομής, συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα, στο οποίο θέλουμε να μετρήσουμε την

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

ένταση, ενώ το δευτερεύον συνδέεται σε σειρά με το αμπερόμετρο. Στους Μ/Σ έντασης χρησιμοποιείται η γνωστή μας σχέση:

KWW

II

==1

2

1

2

Έτσι, για να βρούμε το μεγάλο ρεύμα μιας κατανάλωσης (ή δικτύου) πρέπει να πολλαπλασιάσουμε την ένδειξη του αμπερομέτρου επί τον αντίστροφο λόγο της σχέσης μεταφοράς του Μ/Σ, δηλ. επί 1 /Κ, γιατί:

211 IK

I = ή KII 2

1 =

Το δευτερεύον των Μ/Σ έντασης κατασκευάζεται για ονομαστικό ρεύμα 0+5Α, ενώ η σχέση μεταφοράς και το ρεύμα πρωτεύοντος εξαρτώνται από τη μετρούμενη ένταση (Ι1). Οι Μ/Σ έντασης, ανάλογα με την ένταση του ρεύματος που προορίζονται, κατασκευάζονται σε διάφορες μορφές και τύπους. Έτσι, π.χ. οι Μ/Σ που χρησιμο-ποιούνται για πολύ μεγάλες εντάσεις, έχουν στο πρωτεύον τους ένα μόνο αγωγό, απ' τον οποίο περνά όλο το ρεύμα που θέλουμε να μετρήσουμε, ενώ το δευτερεύον τους έχει μορφή δακτυλιδιού και πολλές σπείρες (σχ. 4.13ε (α)). Σε άλλο τύπο Μ/Σ έντασης, το μαγνητικό κύκλωμα αποτελείται από δύο μισά, που ανοίγουν όπως η τανάλια, για να περάσει ο αγωγός, στον οποίο θέλουμε να μετρή-σουμε την ένταση (σχ. 1.25β).

(α) (β)

Σχ. 4.13ε: Μ/Σ έντασης για μεγάλες εντάσεις ρεύματος. Εξέλιξη του Μ/Σ έντασης "τύπου τανάλιας" αποτελεί ένας ειδικός συνδυασμός Μ/Σ έντασης και αμπερόμετρου η γνωστή μας αμπερομετρική πένσα (σχ. 4.13ζ (α)), που είναι ένα φορητό όργανο πολύ εύχρηστο για τη μέτρηση εντάσεων χωρίς διακοπή του κυκλώματος (σχ. 4.13ζ (β)).

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

(α) (β)

Σχ. 4.13ζ: Αμπερομετρική πένσα (α) και χρήσεις της (β). Ο πυρήνας της αμπερομετρικής πένσας (ή αμπεροτσιμπίδας) αποτελείται από δύο μέρη (τσιμπίδας), απ' τα οποία το δεύτερο (2) μπορεί να κινηθεί σε σχέση με το πρώτο (1). Όταν πιέζουμε το στέλεχος (3), το μέρος (2) απομακρύνεται από το (1), οπότε μπορούμε να περάσουμε τον αγωγό στο εσωτερικό του πυρήνα της. Το ρεύμα του αγωγού που αποτελεί το πρωτεύον του Μ/Σ. διαβάζεται κατευθείαν από το αμπερόμετρο που συνδέεται στο δευτερεύον του. ΠΡΟΣΟΧΗ Όποιος κι αν είναι ο τύπος του , Μ/Σ έντασης, όταν τροφοδοτείταί το πρωτεύον τύλιγμά του, το δευτερεύον του δεν πρέπει ποτέ να μένει ανοικτό, δηλαδή χωρίς το, αμπερόμετρο γιατί η διακοπή του δευτερεύοντος προκαλεί πολύ μεγάλη τάση και άρα υπάρχεί κίνδυνος και για τον Μ/Σ και γι’ αυτόν, που χειρίζεται το όργανο. (Αν θέλουμε, από Μ/Σ έντασης που λειτουργεί, να αφαιρέσουμε το αμπερόμετρο, θα πρέπει να βραχυκυκλώσουμε το δευτερεύον του) Σημειώνουμε τέλος, ότι στο δευτερεύον των Μ/Σ οργάνων, εκτός από το βολτόμετρο ή το αμπερόμετρο. μπορούν να συνδεθούν και άλλα όργανα, όπως π.χ. ένα βαττόμετρο (σχ.4.13η). Στις εγκαταστάσεις μεγάλων ρευμάτων και Υ.Τ.. οι Μ/Σ αυτοί τοποθετούνται στους ηλεκτρικούς πίνακες (σχ. 4 .13θ).

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Σχ. 4.13η Σύνδεση Π.Τ. και Π.Ε. βαττόμετρου σε κύκλωμα με αντίστοιχους Μ/Σ

Σχ. 4.13θ Πίνακας με Μ/Σ οργάνων

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Αξιολόγηση 4.13 1. Τι ονομάζουμε Μ/Σ μετρήσεων και ποιος ο σκοπός τους; 2. Ποια η διαφορά των Μ/Σ μετρήσεων απ' τους Μ/Σ ισχύος; 3. Πότε χρησιμοποιούνται Μ/Σ για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών και τι

πετυχαίνουμε μ' αυτούς; 4. Πώς συνδέεται ένας Μ/Σ τάσης; 5. Πώς συνδέεται ένας Μ/Σ έντασης; Γιατί το δευτερεύον του δεν πρέπει να μένει ποτέ

ανοικτό; 6. Ποια άλλα όργανα μπορούν να συνδεθούν στο δευτερεύον των Μ/Σ μετρήσεων; 7. Στο σχήμα, το αμπερόμετρο δείχνει ένταση ρεύματος 4,2Α. Αν ο Μ/Σ έχει σχέση

μεταφοράς Κ=1/50, πόση ένταση ρεύματος περνά απ' το δίκτυο, δηλ. το πρωτεύον του Μ/Σ; (ΑΠ. Ι1 =20Α)

8. Στο σχήμα ο Μ/Σ έχει σχέση μεταφοράς Κ=96 και το βολτόμετρο δείχνει 69V. Τι τάση επικρατεί στους ζυγούς R-Τ; (ΑΠ. U1 =6624V)

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

Βαλτέ σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση 9. Οι 3~ ΑΜ/Σ λειτουργούν όπως και οι αντίστοιχοι Μ/Σ και έχουν συνολικά:

α. ένα τύλιγμα. β. δύο τυλίγματα. γ. τρία τυλίγματα. δ. έξι τυλίγματα.

10. Στον Μ/Σ τάσης το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται με:

α. το βολτόμετρο. β. το δίκτυο Χ.Τ. γ. το δίκτυο Υ.Τ. δ. τη γη.

11. Ο Μ/Σ έντασης (ρεύματος) πρέπει να διατηρείται συνεχώς:

α. σε λειτουργία. β. βραχυκυκλωμένος. γ. στο κύκλωμα. δ. εκτός κυκλώματος.

12. Αντιστοιχείστε τους αριθμούς Μ/Σ έντασης του σχήματος με τα παρακάτω τμήματα

του Μ/Σ έντασης:

.... Α) πυρήνας Μ/Σ. .....Β) πρωτεύον τύλιγμα .....Γ) δευτερεύον τύλιγμα. .... Δ) εξωτερικό περίβλημα. .....Ε) ακροδέκτες δευτερεύοντες. ... ΣΤ) βίδες για σύνδεση δευτερεύοντος. .....Ζ) διπλοί ακροδέκτες για σύνδεση με καλώδιο.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ 1. Ποια σημασία έχει η χρήση νέων υλικών στη κατασκευή των Μ/Σ;

2. Από τι αποτελείται ένας Μ/Σ; Από τι υλικά κατασκευάζεται;

3. Πώς κατασκευάζεται το τύλιγμα Χ.Τ. και πώς το τύλιγμα Υ.Τ.;

4. Πώς συμβολίζονται οι ακροδέκτες των τυλιγμάτων των 1~ Μ/Σ;

5. Πώς συνδέονται στην πράξη τα τυλίγματα (3 φάσεις) Υ.Τ. και Χ.Τ., των 3~ Μ/Σ;

6. Πώς συμβολίζονται οι ακροδέκτες (των ελεύθερων άκρων των φάσεων) στους 3- Μ/Σ, υποβιβασμού τάσης;

11. Σε τριφασικό Μ/Σ Dy σημειώνεται η ένδειξη 15KV/380-220V. Τι σημαίνει αυτό;

12. Γιατί με την αύξηση της ισχύος αυξάνει και το βάρος ενός Μ/Σ;

13. Πώς υπολογίζεται η πραγματική ισχύς που απορροφά το πρωτεύον τύλιγμα

α. μονοφασικού και

β. τριφασικού Μ/Σ;

1 4. Πώς υπολογίζεται η πραγματική ισχύς που δίνει ένας

α. μονοφασικός και

β. τριφασικός Μ/Σ;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση

19. Ο πυρήνας και τα τυλίγματα ενός Μ/Σ αποτελούν: α. το ενεργό μέρος του Μ/Σ. β. το πρωτεύον τύλιγμα. γ. το δευτερεύον τύλιγμα. δ. ολόκληρο το σύστημα 20. Δευτερεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ λέμε το τύλιγμα απ' το οποίο παίρνουμε: α. τη χαμηλή τάση (Χ.Τ.). β. την υψηλή τάση (Υ.Τ.). γ. τη μετασχηματισμένη τάση. δ. την τάση του δικτύου ηλεκτροδότησης.

21. Τα τυλίγματα (Χ.Τ. και Υ.Τ.) τοποθετούνται πάντοτε: α. στα ζυγώματα του πυρήνα, β. στους κορμούς του πυρήνα, γ. σε ειδικά καλούπια. δ. σε πολλές στρώσεις.

22. Το τύλιγμα Υ.Τ. των Μ/Σ τοποθετείται πάνω από το τύλιγμα Χ.Τ. και αποτελείται από αγωγούς με: α. λίγες σπείρες μεγάλης σχετικά διατομής. β. πολλές σπείρες μικρής σχετικά διατομής. γ. λίγες σπείρες μικρής διατομής. δ. πολλές σπείρες μεγάλης διατομής.

23. Ο ακροδέκτης 1 ~ Μ/Σ που αναφέρεται σε μεσαία λήψη παριστάνεται με: α. το σύμβολο η. β. το σύμβολο ηP . γ. το σύμβολο X0.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04

δ. όλους τους παραπάνω τρόπους.

24. Τα τυλίγματα (Χ.Τ. και Υ.Τ.) των 3~ Μ/Σ συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους σε αστέρα ή σε τρίγωνο και τα ελεύθερα άκρα τους καταλήγουν: α. στα φορτία του Μ/Σ. β. στο δοχείο του Μ/Σ. γ. στην πινακίδα του Μ/Σ. δ. στους καταναλωτές.

25. Ο 3~ Μ/Σ υποβιβασμού, στον οποίο οι 3 φάσεις της Χ.Τ. συνδέονται σε τρίγωνο και οι αντίστοιχες της Υ.Τ. σε αστέρα, λέμε ότι έχει ζεύξη: α. Υd. β. Dy. γ. Υz. δ. Dz.

of 73

ΕΝΟΤΗΤΑ 04...

Documents

Transcript of ΕΝΟΤΗΤΑ 04...