Схема_опыта_холостого_хода_трехфазного_трансформатора

Схема_опыта_холостого_хода_трехфазного_трансформатора

Вопрос 23. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Кпд трансформатора.

1. Опыт холостого хода. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и– число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтомупри любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходеобычно не превышает 0,2…0,3.

2. Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено такое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен номинальному (рис. 10.2). Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор. Обычно оно составляет 5…10 % номинального напряжения.

Рис. 10.2. Схема опыта короткого замыкания

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта короткого замыкания.

Мощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком расходуется на нагревание обмоток трансформатора. По мощности потерь при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании относят к току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению, выражающему пропорциональность между током и мощностью:

; .

Тогда потери в обмотках, или потери в меди , при любой нагрузке находятся из значения токапервичной обмотки:.

Также потери в меди можно определить, используя коэффициент загрузки

; .

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмоткам:

,

где – потери мощности в трансформаторе.

3. Рабочий режим. Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка). Постепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

24 Условия параллельной работы трансформаторов:

4.30. Допускается параллельная работа трансформаторов (автотрансформаторов) при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимое значение силы тока для данной обмотки.

Параллельная работа трансформаторов допускается при следующих условиях:

1) группы соединений обмоток одинаковы;

2) соотношение мощностей трансформаторов не более чем 1:3;

3) коэффициенты трансформации отличаются не более чем на плюс 0,5 % и не меньше чем на минус 0,5 %;

4) напряжения КЗ отличаются не более чем на плюс 10 % и не меньше чем на минус 10 % среднеарифметического значения напряжения КЗ

трансформаторов, которые включаются на параллельную работу;

5) проведено фазирование трансформаторов.

Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с разными напряжениями КЗ допускается в небольших пределах изменять коэффициент трансформации путем переключения ответвлений при условии, что ни один из трансформаторов не будет перегружен.

ОСОБЕННОСТИ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Ц е л ь р а б о т ы: изучить конструкцию магнитной системы трехфазных трансформаторов, ознакомиться с особенностями х.х. трехфазных трансформато-ров при различных схемах соединения обмоток, выявить влияние схемы со-единения на форму кривой фазных напряжений, закрепить теоретические знания [1, c. 338–347, 384–389, 400–406; 2, c. 245–248, 264–267; 3, c. 188–189, 195–199].

Основные положения теории

По конструкции сердечника трехфазные трансформаторы можно разделить на две большие группы: с независимой (автономной) магнитной системой и со связанной (общей) магнитной системой.

К первой группе относится трехфазная система, образованная из однофазных трансформаторов (групповой трансформатор). Такие групповые трансформаторы используются в некоторых случаях при сверхвысоких напряжениях и больших передаваемых мощностях.

Большое применение нашли трансформаторы со связанной магнитной системой, когда обмотки каждой фазы располагаются на отдельных стержнях, соеди-ненных между собой ярмами в общую магнитную систему (рис. 11). Такая конструкция магнитопровода называется стержневой.

Самой распространенной является трехстержневая конструкция (рис. 11, а). В некоторых специальных случаях используется пятистержневая система (бронестержневые сердечники, рис. 11, б).

Принципиальная разница между групповым и стержневым трансформатора-ми заключается в том, что у первого магнитный поток каждой фазы замыкается по своему отдельному магнитопроводу, тогда как у стержневого потоки всех трех фаз замыкаются по общему сердечнику. Это вносит некоторые различия в работу трансформаторов в режиме х.х. и при несимметричных режимах.

Читайте также:  Как_постирать_кожу_в_домашних_условиях

В лабораторной работе 4 было установлено, что при синусоидальном магнитном потоке ток х.х. несинусо- идален и содержит в своем составе третью гармоническую.

Рассмотрим работу трансфор-маторов в режиме х.х. при различных магнитных системах и различных схе-мах соединения обмоток.

Схема Y/Y. При соединении об-моток «звездой» для третьей гармо-нической тока х.х. нет пути, так как в любой момент времени третьи гармо-нические любой фазы направлены либо к нулевой точке, либо от нее. Отсутствие третьей гармонической тока вызывает искажение магнитного потока, поскольку при этом в его сос-таве появится третья гармоническая (рис. 12, а). Если трансформатор представляет собой группу однофаз-ных трансформаторов, то третья гар- моническая магнитного потока Ф3

Рис. 12

каждой фазы замыкается по своему сердечнику, магнитное сопротивление которого невелико, вследствие чего амплитуда Ф3 может достигать 15–20 % от основной волны Ф1

Каждая составляющая потока (Ф1, Ф3) создает в обмотках трансформатора

соответствующие ЭДС, отстающие от потока на четверть периода (рис. 12, б). При нормальном насыщении сердечника амплитуда третьей гармонической ЭДС е3 может достигать 45–60 % от амплитуды основной волны ЭДС е1. При сложении той и другой составляющих форма кривой фазовых ЭДС резко искажается, амплитуда результирующей ЭДС также возрастает на 45–60 %, а ее действующее значение – на 10–17 % (рис. 12, б). Такое повышение напряжения при х.х. нежелательно и опасно в эксплуатационных условиях, так как может привести к повреждению изоляции и выходу из строя электроустановок.

Подобная картина будет наблюдаться и при эксплуатации трехфазных трансформаторов при схеме Y/Y с бронестержневой магнитной системой. В этом случае третьи гармонические магнитного потока всех фаз замыкаются по боковым ярмам (стержням) магнитопровода.

При трехстержневой магнитной системе третьи гармонические магнитного потока не имеют пути по магнитопроводу и замыкаются по маслу, воздуху, стенкам бака, т. е. по среде с малой магнитной проницаемостью. В связи с этим

величина третьей гармонической потока каждой фазы оказывается очень малой и

практически не приводит к искажению формы кривой ЭДС.

Вместе с тем наличие даже небольшого магнитного потока утроенной частоты в стенках бака, стяжных элементах (ярмовых балках, шпильках) вызывает дополнительные потери, увеличивает нагрев и снижает КПД.

Схема D/Y. При соединении первичной обмотки в «треугольник» третья гармоническая тока х.х. свободно замыкается по обмоткам трансформатора. Следовательно, магнитный поток и ЭДС сохраняют синусоидальную форму, т. е. отпадают все неблагоприятные явления, рассмотренные выше.

Схема Y/D. В этом случае в сердеч-нике трансформатора также появляется третья гармоническая магнитного потока Ф3 и наводится третья гармоника ЭДС во вторичной обмотке е23. Поскольку вторич-ная обмотка соединена «треугольником», ЭДС е23 создает во вторичной обмотке ток i23, циркулирующий по «треугольнику» и отстающий от ЭДС почти на четверть пе- риода (рис. 13). В свою очередь, ток i23

создает свой магнитный поток Ф23, который оказывается направленным почти встречно первоначальному потоку Ф3. Результирующий поток в сердечнике и, следовательно, ЭДС обмоток остаются практически синусоидальными.

Таким образом, наличие в схеме соединения обмоток «треугольника» ослаб-ляет вредное воздействие третьих гармонических магнитного потока и ЭДС.

В трансформаторах большой мощности и высоких напряжений по ряду причин иногда необходимо иметь соединение «звезда» на обеих сторонахY/Y. В этих случаях часто выполняется еще одна обмотка, соединенная «треугольни-

ком» и не несущая электрической нагрузки. Эта обмотка предназначена лишь

для улучшения формы кривой ЭДС.

Чаще всего используются трехобмоточные трансформаторы, которые всегда имеют одну из обмоток, соединенную в «треугольник».

Во всех рассмотренных случаях линейные напряжения, представляющие собой разность фазных напряжений, остаются синусоидальными, поскольку третья гармоническая фазовых напряжений уничтожается:

(19)

Экспериментальная часть

1) Снять кривые фазных и линейных напряжений при различных схемах соединения обмоток.

2) Снять кривую третьей гармонической ЭДС в обмотке, соединенной «треугольником».

Расчеты и построения

1) Привести снятые экспериментальные кривые.

2) Рассчитать величину третьей гармонической фазных напряжений при соединении обмоток Y/Y.

3) Построить расчетную кривую фазного напряжения любой из сторон «треугольника».

4) Сравнить расчетную и экспериментальную кривые фазных напряжений.

Методические указания

Опыт проводится на трех однофазных трансформаторах или на трехфазном бронестержневом трансформаторе. Для проведения экспериментальной части не- обходимо соединить обмотки трансформатора по схеме Y/Y (рис. 14). Вольтметр и осциллограф включаются по мере необходимости на фазные или линейные напряжения первичной и вторичной обмоток путем прикосновения к соответствующим зажимам схемы. Будьте внимательны и осторожны! Показания вольтметра заносятся в табл. 8. Форма кривой напряжения зарисовывается с экрана осциллографа на кальку или прозрачную бумагу.

Читайте также:  Стеллаж_с_выдвижными_полками

После проведения всех замеров при схеме соединения обмоток Y/Y вторичная обмотка соединяется по схеме «треугольник», и опыт повторяется.

Регулировку осциллографа желательно оставить неизменной. В крайнем

случае, допускается изменение усиления по вертикали.

Для выполнения п. 2 экспериментальной части обмотки «треугольника» разрываются в любом месте, и к разрыву подключается осциллограф. Частота развертки осциллографа при этом не должна изменяться, усиление по вертикали, при необходимости, можно увеличить.

Для расчета и построения кривой фазного напряжения при соединении Y/Y, прежде всего, следует определить действующее значение и амплитуду первой

(20)

здесь и далее цифровые индексы означают номер гармоники.

Пренебрегая гармоническими более высокого порядка, действующее значение третьей гармоники в составе фазных напряжений можно найти по формуле:

(21)

где Uф и Uл — соответственно фазное и линейное напряжения, полученные в результате опыта, В.

Амплитудные значения третьей гармонической, В,

(22)

соответственно максимальное (амплитудное) значение результирующего фазного напряжения

Таблица экспериментальных данных

Напряжение Схема Y/Y Схема Y/D
сторона ВН сторона НН сторона ВН сторона НН
Uл, В
UФ, В
Uф/Uл

Отсюда можно найти превышения максимальных и действующих значений реального фазного и синусоидального напряжений:

(24)

Расчетные данные заносятся в табл. 9.

На основании расчета для одной из сторон трансформатора нужно построить первую и третью гармоническую напряжения и путем сложения их — кривую результирующего фазного напряжения (см. рис. 12, б).

Расчетная таблица фазного напряжения при соединении Y/Y

Uл Uф U1mф U3ф U3mф Umф DUmф, % DUф, %

Размерность напряжений в табл. 9 определяется экспериментальными данными.

В отчете должны быть даны письменные ответы на контрольные вопросы 1, 4 — 6, 8, 9.

5.5. Контрольные вопросы

1) Какие существуют магнитные системы трехфазных трансформаторов?

2) Что означает термин “групповой трансформатор”?

3) Чем отличаются стержневая и бронестержневая магнитные системы

4) По какому пути замыкается третья гармоническая магнитного потока в

групповом трансформаторе, стержневом и бронестержневом?

5) Почему искажается форма кривой магнитного потока при соединении обмоток трехфазного трансформатора по схеме «звезда — звезда»?

6) Почему при соединении обмоток трехфазного группового трансформатора по схеме Y/Y в режиме х.х. возрастает амплитуда фазных напряжений?

7) Какова форма кривых фазных напряжений в трехфазном трансформаторе в режиме х.х. при соединении обмоток Y/Y?

8) Почему при соединении одной из обмоток трехфазного группового трансформатора в «треугольник» кривые фазовых напряжений остаются синусоидальными?

9) При каком соединении обмоток (Y/Y, Y/D, D/Y) трехфазного пятистержневого трансформатора будет наблюдаться в режиме х.х. искажение формы кривой фазового напряжения?

10) Почему в составе линейных напряжений отсутствуют гармонические с порядком, кратным трем?

11) В чем заключается опасность режима х.х. группового трехфазного трансформатора при соединении его обмоток по схеме Y/Y?

12) Почему при схеме соединения обмоток трехфазного трансформатора по схеме Y/Yпри автономной магнитной системе нарушается соотношение

13) Почему при трехстержневой магнитной системе и соединении обмоток Y/Y возрастают дополнительные потери х.х.?

Библиографический список

1. К о с т е н к о М. П., П и о т р о в с к и й Л. М. Электрические машины. Часть 1. Л.: Энергия, 1973. 544 с.

2. В о л ь д е к А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с.

3. В и н о г р а д о в В. А., П о п о в Д. А. Электрические машины железно-

дорожного транспорта. М.: Транспорт, 1986. 512с.

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич,

БЕЛЯЕВ Владимир Павлович,

САВЕЛЬЕВА Евгения Николаевна,

СЕРЕГИН Валерий Александрович,

СЕРКОВА Любовь Ефимовна,

ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич,

ШЕЛЬМУК Евгений Ильич

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Часть 1

Трансформаторы

Редактор Т.С. Паршикова

Подписано в печать . Формат 60´84 1/16. Бумага офсетная.

Плоская печать. Усл. п. л. 2,3. Уч.-изд. л. 2,2. Тираж экз. Заказ .

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

644046, г. Омск-46, пр. Маркса, 35

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-15; Нарушение авторского права страницы

Лабораторная работа № 1. Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания

Лабораторная работа № 1

Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания

Цель работы: изучить методы определения параметров трансформаторов по опытам холостого хода и короткого замыкания

1. Общие теоретические положения

При анализе различных характеристик трансформаторов необходимо знать их основные параметры: коэффициент трансформации, ток и потери холостого хода, полное, активное и индуктивное сопротивления взаимной индукции (параметры ветви намагничивания), номинальные потери и номинальное напряжение короткого замыкания, ток установившегося короткого замыкания, полное, активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания. Все эти параметры можно получить в результате проведения двух относительно простых опытов холостого хода и короткого замыкания.

Читайте также:  Новинки_электроники_для_дома

Опыт холостого хода проводится с целью определения коэффициента трансформации; тока холостого хода; потерь в стали, а также параметров ветви намагничивания в схеме замещения. При проведении опыта необходимо с помощью фазорегулятора изменять напряжение, подводимое к первичным обмоткам трансформатора в пределах 0,6 …1,1 Uном, и измерять при этом ток, напряжение и активную мощность в каждой фазе (для трёхфазных трансформаторов). Схема проведения этого опыта показана на рис. 1.

Сопротивления ветви намагничивания, и как следствие, ток и потери мощности трансформатора в режиме холостого хода существенно зависят от степени насыщения магнитной системы, поэтому при проведении опыта снимают зависимости: , . Типичный вид этих характеристик показан на рис. 2. В трансформаторах с трехстержневыми магнитопроводами фазные токи не равны друг другу и образуют несимметричную систему. Это приводит к тому, что активные мощности в отдельных фазах не только не равны между собой, но могут иметь отрицательный знак. При этом одна из фаз отдает энергию в сеть, а две другие ее потребляют Необходимо находить средние значения напряжений и токов в фазах и сумму мощностей (обязательно учитывая их знак):

(1)

Как правило, все расчётные параметры относятся к номинальному напряжению, поэтому на полученных зависимостях от соответствующего ему значения на оси абсцисс восстанавливается перпендикуляр до пересечения с характеристиками, а проекции точек пересечения на оси ординат дадут искомые значения токов, мощностей, и коэффициента мощности (рис. 2).

В ненасыщенной магнитной системе полный ток холостого хода по модулю близок к току намагничивания, и полное сопротивление ветви намагничивания значительно больше сопротивления первичной обмотки: , поэтому электрическими потерями в первичных обмотках обычно пренебрегают.

В результате проведения опыта холостого хода находят:

· Коэффициент трансформации: (2)

· Относительное значение тока холостого хода:

(3)

· Номинальные потери в стали: . Потери в стали часто называют постоянными, поскольку при неизменном первичном напряжении они практически не зависят от нагрузки.

· Полное, активное и индуктивное сопротивления ветви намагничивания в схеме замещения:

(4)

Опыт короткого замыкания (рис. 3) выполняют при пониженном входном напряжении , и замкнутой накоротко вторичной обмотке (симметричном трёхфазном к. з. – в трёхфазных трансформаторах). Ток холостого хода пренебрежимо мал по сравнению с приведенным вторичным током короткого замыкания, поэтому с высокой точностью можно считать: .

В процессе выполнения опыта к. з. напряжение необходимо постепенно повышать от нуля до такого значения, при котором ток достигнет значения 1,1 …1,2 Iном. Снимаются те же самые параметры, что и в опыте холостого хода, но помечаются они индексом ”к”. Типичные характеристики короткого замыкания показаны на рис. 4.

Параметры короткого замыкания определяются при значении тока короткого замыкания, равном номинальному току. Напряжение, при котором это имеет место, является одним из важных параметров трансформатора и называется номинальным напряжением короткого замыкания. В результате проведения опыта к. з. находят:

· Номинальное напряжение короткого замыкания, его активную и реактивную составляющие:

(5)

· Установившийся ток короткого замыкания:

(6)

· Приведённые значения полного, активного и индуктивного сопротивлений короткого замыкания в схеме замещения:

(7)

· В первом приближении считают, что активные и индуктивные сопротивления короткого замыкания первичных и вторичных обмоток равны между собой:

(8)

· Номинальные потери короткого замыкания: . Потери короткого замыкания (называемые также электрическими потерями) в отличие от потерь в стали зависят от нагрузки, изменяются пропорционально квадрату тока, и называются переменными.

Если при проведении опыта температура отлична от температуры окружающей среды, потери мощности и сопротивления приводятся к фактической температуре по формуле:

(9)

где r0, ri – сопротивления при начальной и фактической температуре; – температурный коэффициент сопротивления.

При расчете различных характеристик трансформаторов широкое применение находят схемы замещения, параметры которых также определяются по данным опыта холостого хода и короткого замыкания. Сопротивления образуют ветвь намагничивания и характеризуют свойства магнитной системы, а сопротивления короткого замыкания замещают обмотки трансформатора. Наиболее точно отображает физические явления в трансформаторах Т-образная схема замещения (рис. 5–а), однако, при её использовании необходимо учитывать изменения напряжения между узловыми точками при изменении тока нагрузки вследствие падения напряжения на сопротивлениях r1 и x1 первичной обмотки. Более удобна в этом отношении Г-образная схема замещения (рис. 5-б).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector