Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеративное агентство по образованию
Государственное учреждение высшего профессионального образования
«Белорусско-Российский университет»
Электротехнический факультет
Кафедра “Электропривод и автоматизация промышленных установок”
Методические указания к лабораторной работе
по курсу “Электрические машины”
Для студентов специальности 1-53 01 05
“Автоматизированные электроприводы”
Лабораторная работа № 8
“Изучение групп соединений трехфазного трансформатора ”
Могилев 2012
УДК 621.313 Составитель: Лапицкий В.А.
Кольцов С.В.
Методические указания к лабораторной работе №8 “Изучение групп соединений трехфазного трансформатора” по дисциплине «Электрические машины». Для студентов специальности 1-53 01 05 “Автоматизированные электроприводы”
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры “Электропривод и АПУ”
02 Февраля 2012 г., протокол №2. Белорусско-российский университет
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная стенда для изучение групп соединений трехфазного трансформатора
1 Цель работы:
Исследовать различные группы соединений трехфазных трансформаторов.
2 Основные теоретические сведения
В некоторых случаях, как, например, при включении трансформаторов на параллельную работу, необходимо знать относительный сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток. Для оценки этого сдвига вводится понятие о группе соединения обмоток. Группа соединения обмоток зависит от маркировки выводов, а у трехфазных трансформаторов — еще и от схемы соединения фаз между собой.
Рисунок 2 соединения обмоток зависит от маркировки выводов и схемы соединения фаз между собой
Рассмотрим однофазный трансформатор. Его группа соединения будет зависеть от того, какой из выводов каждой из обмоток принят за начало (обозначения А или а) и какой — за конец (обозначения X или х). На рисунке 2 изображен стержень с намотанными на нем двумя обмотками. Предположим, что они выполнены с одинаковым направлением намотки и имеют маркировку выводов, показанную на рисунке 2, а. Обе обмотки сцеплены с одним и тем же потоком, поэтому ЭДС этих обмоток в любой момент времени будут направлены в одинаковых направлениях — от начала к концу или наоборот, т. е. ЭДС будут совпадать по фазе. Если тот же трансформатор будет иметь обмотку, например, НН, у которой будут переставлены обозначения выводов по сравнению с предыдущим случаем (рисунок 2, б), то тогда ЭДС обмоток для любого момента времени будут действовать в противоположных направлениях: у обмотки ВН от конца к началу, а у НН от начала к концу).
Рисунок 3 – Схема нулевой группы соединения трехфазного трансформатора
На векторной диаграмме векторы ЭДС должны быть изображены со сдвигом в 180°, т.е. в противофазе. Тот же результат получится, если на рисунке 3, а одну из обмоток намотать в противоположную сторону.
Принято сдвиг фаз между ЭДС характеризовать положением стрелок на циферблате часов, при этом вектор ЭДС обмотки ВН мысленно совмещают с минутной стрелкой часов и постоянно устанавливают на цифре 12, а вектор ЭДС обмотки НН — с часовой стрелкой. Цифра, на которую будет ориентирована часовая стрелка, покfзывает группу соединения обмоток. В случае, изображенном на рисунке 3, а, когда угол сдвига между векторами ЭДС равен 0° и оба они ориентированы на цифру 12, принимается, что часы будут показывать 0 и трансформатор с такой маркировкой выводов будет иметь нулевую группу соединения. Положение векторов на рисунке 3, б соответствует 6 ч, и трансформатор будет иметь 6-ю группу соединения обмоток.
Однофазные трансформаторы могут иметь только эти две группы соединения. Они обозначаются I/I-0 и I/I-6, что читается так «и-и-ноль», «и-и-шесть». Стандартной является группа 0.
В трехфазных трансформаторах может быть образовано 12 различных групп со сдвигом фаз между ЭДС от 0 до 330° через 30°, что соответствует 12 цифрам часового циферблата. Группу соединения принято определять по углу сдвига фаз между одноименными линейными ЭДС. Для более удобной взаимной ориентировки векторов ЭДС выводы А и а обмоток будем считать электрически соединенными.
Определим группу соединения обмоток трансформатора, схема соединений обмоток которого показана на рисунке 4,а. Предполагается, что обе обмотки имеют одинаковое направление намотки и одноименные фазы их располагаются на одном и том же стержне. Тогда векторы фазных ЭДС обмоток ВН и НН будут совпадать по фазе, как это показано на векторной диаграмме рисунке 4, б. Сдвиг между линейными ЭДС АВ и ab будет равен 0° (рисунок 4, в), следовательно, рассматриваемая схема соединения обмоток принадлежит к группе 0. Полное обозначение схемы и группы У/У-0.
Рисунок 4 – Схема 6-й группы соединения трехфазного трансформатора
Если у одной из обмоток этого трансформатора (например, у обмотки НН) поменять маркировку начал и концов фаз (рисунок 4), то тогда одноименные линейные ЭДС обмоток будут находиться в противофазе и трансформатор будет иметь 6-ю группу соединения обмоток. Векторы линейных ЭДС АВ и ab сдвинуты на 180°, и при расположении их на циферблате часы будут показывать 6 ч. Обозначение У/У-6. Если у трансформатора, имеющего группу 0, произвести круговую перемаркировку фаз обмотки НН, как показано на рисунке 5, то получим трансформатор с 4-й группой соединения обмоток. В этом случае вектор ЭДС фазы а обмотки НН будет иметь направление, совпадающее с направлением вектора ЭДС фазы В обмотки ВН, так как обмотки этих фаз располагаются на одном и том же стержне. Соответственно будут совпадать по направлению векторы ЭДС фаз b с С и с с А. Сдвиг по фазе между линейными ЭДС АВ и ab равен 120°, что на циферблате часов соответствует 4 ч. Нетрудно установить, что если произвести еще одну круговую перемаркировку фаз, то получим 8-ю группу соединения, т. е. каждая круговая перемаркировка дает изменение номера группы соединения обмоток на 5.
Рисунок 5 – Схема 4-й группы соединения трехфазного трансформатора
Рисунок 6 – Схема 11-й группы соединения трехфазного трансформатора
У трансформатора, имеющего 6-ю группу соединения обмоток ( рисунок 4), путем круговой перемаркировки фаз можно получить группы 10 и 2. Таким образом у трансформаторов при схеме соединения обмоток У/У можно получить только четные группы. Четные группы будут и у трансформатора, обе обмотки которого соединены в треугольник.
Нечетные группы получаются у трансформатора, одна обмотка которого соединена в звезду, а другая — в треугольник. На рисунке 6 изображена схема трансформатора обмотка ВН которого соединена в звезду, а обмотка НН — в треугольник. При построении векторной диаграммы ЭДС обмотки, соединенной в треугольник, удобно обозначать не только начала, но и концы векторов в соответствии с началом и концом фазы. Ориентация векторов ЭДС на диаграмме производится согласно схеме соединения фаз между собой. Так, например, на схеме вывод а соединен с выводом у, и на векторной диаграмме точка а вектора должна быть совмещена с точкой у другого вектора и т.д. Как следует из рисунке 6, рассматриваемый трансформатор имеет 11-ю группу соединения обмоток. Если у него произвести групповую перемаркировку фаз, то можно получить группы 3 и 7. Для практических целей большого разнообразия групп соединений, которые могут быть получены для трехфазных трансформаторов, не требуется.
Рисунок 7 – Построение диаграммы по данным опыта для определения группы соединения
Группы соединений обмоток трансформатора можно определить опытным путем. С этой целью трансформатор присоединяют к сети с симметричной трехфазной системой напряжений и соединяют у него два одноименных вывода, например А и а (рисунок 6). Измеряют линейные напряжения обмоток и напряжения UBb, UCc, UСb и UBc. По полученным результатам в выбранном масштабе строят равносторонний треугольник линейных напряжений обмотки ВН (рисунок 7). Из точек В и С этого треугольника циркулем проводят дуги радиусами UBb и UCb. Точка пересечения этих дуг является вершиной b треугольника линейных напряжений обмотки НН. Точка пересечения дуг с радиусами и UСс и UBc дает вершину с этого треугольника. Соединяя между собой точки а (она совпадает с точкой А), b u с, получаем треугольник линейных напряжений обмотки НН.