Лабораторная работа № 5 исследование электрической цепи, содержащей трехфазный трансформатор с ферромагнитным сердечником
Цель работы: исследование трехфазной симметричной цепи, содержащей трансформатор с ферромагнитным сердечником, выявление особенностей его работы в зависимости от степени насыщения магнитопровода.
Основные теоретические положения
Схема трехфазного трансформатора с ферромагнитным сердечником может использоваться в качестве утроителя частоты. При этом возможны варианты соединений обмоток трансформатора.
1.
При соединении первичной обмотки
трансформатора по схеме «звезда» без
нейтрального провода и постепенном
увеличении на ней напряжения магнитопровод
начинает насыщаться. Так как в первичной
обмотке трансформатора не могут протекать
токи третьей гармоники, а более высшими
гармониками при индуктивном характере
нагрузки можно пренебречь, первичный
ток считается синусоидальным. В этом
случае третьи гармоники появляются в
напряжении между нейтральными точками
,
а следовательно, в магнитном потоке и
фазных ЭДС на вторичной обмотке. С ростом
насыщения отношение
уменьшается и на первичной, и на вторичной
обмотках.
При
соединении фазных вторичных обмоток
по схеме «разомкнутый треугольник»
выходное напряжение
становится равным утроенному значению
напряжения третьей гармоники вторичной
фазной обмотки:
,
так как напряжения вторичной обмотки
прямой и обратной последовательностей
компенсируются.
2. При соединении первичной обмотки трансформатора по схеме «звезда» с нейтральным проводом и увеличении на ней напряжения насыщение магнитопровода приводит к появлению несинусоидальных токов первичной обмотки главным образом за счет третьей гармоники. Токи третьей гармоники протекают по нейтральному проводу:
.
Напряжения
на первичной и вторичной обмотках
остается синусоидальными, т.е.
и 
.
При соединении первичной обмотки по схеме «треугольник» образуется цепь для протекания токов третьей гармоники. Напряжения остаются синусоидальными, следовательно, третьи гармоники в магнитном потоке и фазных напряжениях вторичной обмотки отсутствуют.
С
увеличением напряжения на первичной
обмотке отношение первичных токов
уменьшается:
<
.
Ток третьей гармоники в первичной обмотке можно определить по формуле
.
Таким образом, трехфазный трансформатор может использоваться в качестве утроителя частоты лишь при соединении первичной обмотки по схеме «звезда» без нейтрального провода.
Задание для самостоятельной подготовки
Объясните, почему при соединении первичной обмотки по схеме «звезда» без нейтрального провода в токах первичной обмотки нет гармоник, кратных трем.
Определите влияние величины и характера нагрузки в нейтральном проводе на отношение в обмотках трансформатора.
Выведите формулу для расчета на вторичной обмотке трансформатора.
Определите причину, по которой при соединении первичной обмотки по схеме «треугольник» в напряжении вторичной обмотки отсутствуют высшие гармоники.