Методы / МУ к выполнению лабораторных работ

Активная мощность, потребляемая трансформатором при опыте х.х., состоит из потерь в стали магнитопровода PÑÒ и потерь в первичной обмотке

I02 r1 , т.е. P0 PÑÒ I02 r1 , но т.к. потери в обмотке малы и ими можно пренебречь,

P0 PÑÒ .

По величине тока х.х. делают вывод о степени насыщения магнитопровода трансформатора.

Параметры намагничивающей ветви схемы замещения трансформатора (рис.4) определяются по формулам:

x0 z02 r02 - индуктивное сопротивление намагничивающей ветви.

Для снятия характеристик х.х. необходимо изменять подведенное напряжение U1 от 0,4 до 1,2U1H , при этом нужно записать показания приборов

для 5 - 6 измерений в табл. 3.

По данным табл. 3 определяют cos 0 и строят зависимости I0 , P0 ,cos U1 на одном графике.

Кривая I0 (U1 ) подобна кривой намагничивания стали магнитопровода, так как магнитный поток Ô пропорционален напряжению U1 , а намагничиваю-

щая (реактивная) составляющая тока пропорциональна напряженности магнитного поля.

Кривая P0 f (U1 ) близка к параболе, поскольку потери холостого хода P0 пропорциональны U12

Опыт короткого замыкания

Режимом короткого замыкания трансформатора (к.з.) называется режим работы при питании хотя бы одной из обмоток переменным напряжением от внешнего источника, при коротком замыкании на зажимах других обмоток.

Если при замкнутой накоротко вторичной обмотке к первичной обмотке подвести номинальное напряжение, то токи в обмотках во много раз превысят номинальные значения, резко возрастут электродинамические усилия, действующие на обмотки и нагрев обмоток, в результате чего обмотки разрушаются. В реальных условиях эксплуатации называется режимом а в а р и й н о г о к . з .

Если режим к.з. создать при пониженном первичном напряжении так, чтобы ток не превышал номинальное значение, то он может быть использован

для исследования трансформатора (например, для определения сопротивлений обмоток схемы замещения).

Перед проведением опыта приборы необходимо заменить, подобрав вольтметр на напряжения 5 – 10% от номинального первичного напряжения; амперметр и ваттметр должны быть, рассчитаны на номинальный ток первичной обмотки.

Для проведения опыта к.з. при пониженном напряжении собрать схему

рис.3.

Рис.3 – Схема опыта короткого замыкания

Опыт к.з. проводиться следующим образом: при помощи ЛАТРа постепенно повышают напряжение на первичной обмотке от нуля до величины, при которой ток в первичной обмотке становится равным номинальному значению. Снимают 5 – 6 точек. Результаты измерений и вычислений заносят в табл.4.

В этом опыте определяется важная для трансформаторов величина – напряжение короткого замыкания U1K . Под U1K понимается такое падение на-

пряжения, которое необходимо подать на одну из обмоток трансформатора (при замкнутой другой) чтобы по ней протекал номинальный ток. Напряжение к.з. принято выражать в процентах от номинального напряжения:

uK 100 U1K /U1H .

Его активная составляющая

uKa 100 PK1 / I1KU1K .

Его реактивная составляющая

uKp uK2 uKa2 .

В современных силовых трансформаторах

uK 1,5...14,5%.

Напряжение к.з. имеет важное значение для оценки эксплуатационных свойств трансформатора. uK влияет на изменение вторичного напряжения и на

величину ударного и установившегося токов в режиме к.з. при номинальном напряжении, а также в значительной степени определяет распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами. Чем большеuK , тем

больше изменение вторичного напряжения при нагрузке, но при этом будет уменьшаться величина установившегося тока к.з.

Коэффициент мощности определяется по формуле

зываются характеристиками короткого замыкания. Они объясняются следующим образом. Так как опыт производился при пониженном напряжении, то магнитопровод не насыщен и параметры схемы замещения постоянны. Поэто-

Работа трансформатора под нагрузкой

Режимом нагрузки трансформатора называется режим работы, при котором его вторичная обмотка замкнута на внешнюю цепь.

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока вторичной обмотки (или от мощности вторичной обмотки) при постоянном первичном напряжении, частоте и коэффициенте мощности вторичной цепи, т.е. U 2 (I2 ) при

U1H , f1H ,cos const .

В данном опыте собирают схему рис. 4.

Приборы должны быть подобраны таким образом, чтобы имелась возможность измерять номинальные значения указанных в табл. 5 величин.

Для снятия внешней характеристики при cos 2 1трансформатор нагру-

жают на чисто активное сопротивление, на первичную обмотку подается номинальное напряжение и в процессе опыта поддерживается постоянным. Уменьшая постепенно сопротивление во вторичной цепи, трансформатор нагружают до тока, равного 1,2 I2 H , при этом снимают 5 - 6 точек и обязательно записы-

вают точку I2 I2 H . Результаты опыта заносят в табл. 4. В качестве первой

точки внешней характеристики используют данные, полученные в опыте холостого хода при номинальном напряжении.

Рис.4 – Схема для исследования трансформатора под нагрузкой

По результатам опыта определяют

Коэффициент мощности первичной обмотки cos 1 с увеличением на-

грузки возрастает, т.к. под воздействием нагрузки растет активная составляющая тока I1 . Кривая КПД при нагрузке трансформатора сначала возрастает

вследствие того, что Pñò PK , далее достигает максимума, при условии Pñò PK (пологий максимум), при дальнейшем увеличении нагрузки КПД несколько уменьшается, т.к. изменяется соотношение между потерями: Pñò PK .

Сравнить значения КПД, полученные для I2 I2 H методом непосредст-

формуле

при номинальных значениях напряжения и тока из опытов х.х. и к.з.

Рис.5 – Т-образная схема замещения трансформатора

Изменение напряжения на вторичной обмотке определяется при I2 I2 H методом непосредственной нагрузки:

Содержание отчета

1. Паспортные данные трансформаторов и электроизмерительных прибо-

ров.

2.Схемы опытов и таблицы измеренных и вычисленных величин.

3.Расчетные значения: K,i0 , I0a , I0 p , Z0 , r0 , x0 при номинальном на-

cos1 , (I2 ) , полученную методом непосредственной нагрузки.

Вопросы для самоконтроля

1.Для каких целей применяют трансформаторы?

2.Поясните принцип действия трансформатора.

3.Что называется коэффициентом трансформации и как его определить?

4.Для чего необходим стальной сердечник в трансформаторе?

5.С какой целью проводятся опыты к.з. и х.х.?

6.Почему при изменении нагрузки трансформатора изменяется ток в его первичной обмотке?

7.От чего зависят потери в стали магнитопровода?

Лабораторная работа № 2

Исследование параллельной работы трехфазных трансформаторов

Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения потребителей в случае аварии или необходимости ремонта трансформаторов широко применяется параллельное включение двух (или более) трансформаторов. Кроме того, при таком включении обеспечивается возможность работы трансформатора с максимальным КПД, поскольку всегда может быть включено на параллельную работу такое количество трансформаторов, при котором каждый из них будет нагружен оптимально.

Цель работы – проверка необходимых условий для включения трехфазных трансформаторов на параллельную работу, снятие внешних характеристик для исследования распределения нагрузки параллельно работающими трансформаторами.

Программа работы

1.Ознакомится с трехфазными трансформаторами, включая их распределительные щитки. Произвести запись паспортных данных трансформаторов и выбранных электроизмерительных приборов.

2.Собрать схему и провести опыт холостого хода (х.х.) для обоих трансформаторов при номинальном напряжении и определить коэффициент трансформации. Определить процентное расхождение между ними.

3.Собрать схему и провести опыт короткого замыкания (к.з.) при номинальном токе и определить напряжение к.з. трансформаторов. Определить процентное расхождение напряжений к.з.

4.Определить группу соединений обмоток каждого трансформатора. Если группы соединений окажутся разными, сделать их одинаковыми и соответствующими ГОСТу.

5.Привести заключение о возможности включения трансформаторов на параллельную работу.

6.Включить трансформаторы на параллельную работу и снять внешние характеристики.

При параллельном включении трансформаторов их первичные и вторичные обмотки присоединяются соответственно к общим шинам питающей сети и потребителя. При этом уравнительные токи не должны превышать допустимых значений, а нагрузка должна распределяться пропорционально их номинальным мощностям. Это достигается при соблюдении следующих условий:

1)первичные и вторичные номинальные напряжения трансформаторов должны быть равны, что сводиться к требованию равенства коэффициентов трансформации;

2)напряжения к.з. трансформаторов должны быть практически одинако-

выми;

3)трансформаторы должны иметь одну и ту же группу соединения.

При выполнении этих условий у параллельно работающих трансформаторов общая нагрузка может быть распределена соответственно их номинальным мощностям.

Определение коэффициента трансформации

Для определения коэффициента трансформации необходимо собрать схему рис. 5 (в качестве примера приведена схема соединения обмоток «звездазвезда»). Измеряют фазные напряжения на первичной и вторичной обмотках,

Определяют значение коэффициента трансформации, например, для первого трансформатора:

k k1 (kA k B kC ) / 3.

То же самое делают и для второго трансформатора. Далее определяют среднее арифметическое значение коэффициента трансформации двух трансформаторов:

kÑÐ (k k ) / 2.

Допускается параллельная работу трансформаторов при условии, что разность коэффициентов трансформации, выраженная в процентном отношении от их среднего значения, не превышает 0,5 %, а для трансформаторов с коэффициентами трансформации 3 и менее - 1%.

При k k (и соблюдение остальных условий) не равны ЭДС вторичных

Ε 2( ) Ε 2( ) Ε .

Под действием Ε по обмоткам трансформаторов будет протекать уравнительный ток. Величина его определяется как

I óð K /(uK uK SH / SH ),

где: SÍ , SÍ номинальные мощности трансформаторов;

k (k k ) 100 / kñð выраженная в процентах разность между коэффи-

циентами трансформации двух трансформаторов;

uK ,uK напряжения к.з. трансформаторов в процентах.

Определение напряжения короткого замыкания

Схема для определения напряжения к.з. трансформатора собирается согласно рис. 6. В первичной обмотке трансформаторов устанавливают при помощи регулятора напряжения (р.н.) ток к.з., равный номинальному, при этом в табл. 6 следует записать фазные напряжения к.з.

Далее определяются среднее арифметическое значение этих напряжений (например, для I трансформатора)

U Kñð U KñðI (U KA U KB U KC ) / 3

и напряжение к.з.

uK uKI U K .cpI 100 /U1í

Аналогично определяются напряжение к.з. и для II трансформатора. Среднее арифметическое значение напряжений к.з. для двух трансформа-

торов

uK .ñð (uKI uKII ) / 2 .

Согласно стандартам, напряжения к.з. не должны отличаться более чем на 10% от их среднего арифметического значения.

При осуществлении этого условия трансформаторы, эксплуатируемые при параллельном включении, смогут нести нагрузку, пропорциональную их номинальным мощностям. В соответствии с опытом параллельного включения трансформаторов приемлемо, если отношение их номинальных мощностей не превышает трех.

При uKI uKII (и соблюдении остальных условий) нагрузка между парал-

лельно включенными трансформаторами распределяется пропорционально их номинальными мощностям и обратно пропорционально напряжениям к.з.

Рис. 6 – Схема для определения напряжения короткого замыкания

Определение группы соединения обмоток трансформаторов

Группой соединения обмоток трансформатора называется угол сдвига между векторами одноименных линейных ЭДС первичной (ВН) и вторичной (НН) обмоток трансформатора.

1.Для характеристики относительного сдвига фаз линейных ЭДС обмоток ВН и НН вводится понятие группы соединения обмоток трансформатора.

2.Фазовый сдвиг между одноименными линейными ЭДС обмоток ВН

иНН зависит от обозначения их выводов (концов), от направления намотки и

от схемы соединения. Этот угол, как будет показано далее, кратен 30.

Группа соединения обозначается целым положительным числом, получающимся от деления на 30 угла сдвига между линейными ЭДС одноименных обмоток ВН и НН трансформатора. Отсчет угла производят от вектора ЭДС ВН по направлению вращения часовой стрелки.

Трансформаторы, имеющие одинаковый сдвиг фаз между линейными ЭДС обмоток ВН и НН, относятся к одной и той же группе соединения.

В трехфазных трансформаторах схемы соединения Y, , Z («звезда», «треугольник», «зигзаг») могут образовывать 12 различных групп со сдвигом фаз линейных ЭДС через 30 . В связи с этим на практике принято определять группу соединения с помощью стрелок на часовом циферблате (угол между любыми двумя цифрами кратен 30 ). Это так называемый «часовой метод» определения группы соединения трансформатора.

Для определения группы соединения трансформатора по «часовому методу» необходимо совместить минутную стрелку вектором линейной ЭДС обмотки ВН, а часовую – с вектором линейной ЭДС обмотки НН. Далее обе стрелки поворачиваются так, чтобы минутная стрелка показывала на цифру 12, тогда часовая стрелка укажет час, соответствующий группе соединения трансформатора.

Рассмотрим определение группы соединения при помощи топографической векторной диаграммы на примере соединения обмоток трансформатора по схеме Y/ Y – 0.

Задавшись произвольной маркировкой выводов обмоток ВН и НН, и соединив электрически два одноименных зажима (например, A и a, рис.7), изме-

ряют ЭДС EBb , EC b , ECc , EBc , Eab .

Рис.7 – Схема для определения группы соединения трансформатора и векторная диаграмма к ней