POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ ZAKŁAD MASZYN ELEKTRYCZNYCH
LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH Temat: Badanie przebiegu czasowego prądu stanu jałowego transformatora.
Rok akademicki: 2006/2007	Wykonawcy: 1. Dariusz Gloger 2. Tomek Muszyński 3. Filip Orwat 4. Krzysztof Daleszyński	Data wykonania ćwiczenia:	Data oddania sprawozdania:
				16.10.2006	30.10.2006
		Semestr: 5
				OCENA:
Grupa: E-1

1. Wstęp teoretyczny.

Transformator jest statycznym przetwornikiem energii, w którym, bez ruchu obrotowego, za pośrednictwem pola elektromagnetycznego następuje, przy tej samej częstotliwości, zmiana wartości napięcia i prądu energii elektrycznej doprowadzonej względem energii elektrycznej wyprowadzonej. Podstawowymi częściami transformatora są: rdzeń oraz uzwojenia. Rdzeń składa się z kolumn (słupów) połączonych jarzmem. Na kolumnach umieszcza się uzwojenia. W zależności od liczby uzwojeń umieszczonych na kolumnach wyróżnia się transformatory: dwuuzwojeniowe, trójuzwojeniowe itd.

Prąd magnesujący transformatora trójfazowego

Jeśli obwód magnetyczny transformatora jest nasycony, wówczas przy sinusoidalnym strumieniu prąd magnesujący zawiera wyższe harmoniczne. Funkcje czasowe harmonicznych prądu magnesującego w poszczególnych fazach można opisać ogólnymi wyrażeniami:

i_AK = i_{K mx} sinKၷt

i_BK = i_{K mx} sin(Kၷt - K2ၐ/3)

i_CK = i_{K mx} sin(Kၷt - K4ၐ/3)

gdzie: K - rząd harmonicznej; (K = 1, 3, 5, 7, 9 ...).

Przy wartościach K = 1, 7, 13... układ prądów fazowych harmonicznej rzędu K tworzy układ symetryczny zgodnej kolejności faz.

Przy wartościach K = 5, 11, 17... układ prądów fazowych harmonicznej rzędu K tworzy układ symetryczny przeciwnej kolejności faz.

Przy wartościach K = 3, 9, 15 prądy fazowe harmonicznej rzędu K są ze sobą w fazie, gdyż składniki K2ၐ/3 są całkowitą wielokrotnością kąta 2ၐ w sensie nomenklatury składowych symetrycznych tworzy ona układy symetryczne kolejności zerowej.

Ponieważ harmoniczna trzecia wpływa w istotny sposób na warunki magnesowania rdzenia, przy magnesowaniu transformatorów trójfazowych niezbędnym jest zwracać uwagę, czy sposób skojarzenia uzwojeń (układ połączeń) umożliwia przepływ prądów harmonicznej trzeciej oraz jej nieparzystych wielokrotności.

2. Cel ćwiczenia.

1. obserwacja przebiegów prądu magnesującego oraz napięć fazowego i przewodowego po stronie wtórnej przy grupie połączeń Yyn oraz Yy.

2. obserwacja przebiegów prądu magnesującego, prądu w obwodzie trójkąta oraz napięć fazowego i przewodowego po stronie wtórnej przy grupie połączeń Yd.

3. Przebieg ćwiczenia.

1. grupa połączeń Yyn (gwiazda - gwiazda z przewodem zerowym)

Ponieważ w układzie występuje przewód zerowy, do transformatora mogą dopływać wszystkie harmoniczne. Prądy fazowe układów harmonicznych kolejności zgodnej i przeciwnej, sumują się w punkcie zerowym do zera, a więc przewodem zerowym płyną tylko prądy trzeciej harmonicznej i jej nieparzystych wielokrotności. Występuje tu magnesowanie swobodne, zatem strumień magnetyczny oraz siły elektromotoryczna są sinusoidalne. W przewodzie zerowym występują też w znikomym procencie wszystkie pozostałe harmoniczne.

• I1 - prąd przewodowy strony pierwotnej

• I2 - prąd przewodowy strony wtórnej

• U2 - napięcie międzyfazowe strony wtórnej

Największy udział w prądzie I1 mają harmoniczne nieparzyste, czyli 1, 3, 5, 7, 9. Harmoniczne parzyste nie mają większego wpływu na kształt prądu I1.

Największy wpływ na kształt prądu I2 ma trzecia harmoniczna. Ma ona zdecydowanie większą amplitudę od pozostałych harmonicznych. Zauważyć można jeszcze niewielki wpływ pierwszej oraz dziewiątej harmonicznej oraz znikome wartości harmonicznych 4-7.

Napięcie ma przebieg sinusoidalny

Prąd zawiera 3-cią harmoniczną

Można zauważyć, że napięcie U2 jest prawie nieodkształcone. Dominuje pierwsza harmoniczna, a w znikomym procencie występują harmoniczne: 0, 2, 5, 7, 9.

2. grupa połączeń Yy (gwiazda - gwiazda bez przewodu zerowego)

W tym przypadku występuje magnesowanie wymuszone. Ponieważ prąd magnesujący uzwojenia kolumny środkowej jest mniejszy niż kolumn skrajnych, przez uzwojenia transformatora płyną pewne prądy wyrównawcze, wymuszające dodatkowo składową strumienia o zgodnej fazie we wszystkich kolumnach. Tak więc przez powietrze i kadź przechodzą nie tylko trzecie harmoniczne strumienia, ale również składowe zerowe strumienia spowodowane niesymetrią rdzenia. Wszystkie składowe strumienia indukują w uzwojeniach transformatora siły elektromotoryczne, które zniekształcają krzywą napięć fazowych.

• I1 - prąd przewodowy strony pierwotnej

• U2 - napięcie międzyfazowe strony wtórnej

W prądzie I1 dominuje pierwsza harmoniczna ale daje się zauważyć także udział harmonicznych nieparzystych: 3, 5. Trzecia harmoniczna jest mniejsza niż w układzie Yyn z powodu braku przewodu zerowego po stronie pierwotnej. Pozostałe harmoniczne występują w ilościach śladowych.

Można powiedzieć, że napięcie U2 jest praktycznie nieodkształcone, gdyż dominuje pierwsza harmoniczna, a harmoniczne 0, 3, 5 i 7 występują w znikomym procencie.

Napięcie przewodowe ma przebieg sinusoidalny.

Przebieg czasowy prądu jest zbliżony do sinusoidy.

3. grupa połączeń Yd (gwiazda - trójkąt)

Ponieważ w układzie nie ma przewodu zerowego, ze źródła napięcia nie mogą dopłynąć do transformatora trzecie harmoniczne prądu. Tak więc w strumieniu pojawiają się trzecie harmoniczne, które indukują w uzwojeniach opóźnione o π/2 siły elektromotoryczne trzeciej harmonicznej. Pod wpływem tych sił w uzwojeniu wtórnym płyną prądy trzeciej harmonicznej. Ponieważ reaktancja transformatora (dla trzeciej harmonicznej) jest znacznie większa od rezystancji prąd trzeciej harmonicznej opóźnia się praktycznie o π/2 względem siły elektromotorycznej. Strumień magnetyczny trzeciej harmonicznej jest więc praktycznie przesunięty o kąt π względem trzeciej harmonicznej strumienia uzwojenia pierwotnego. Następuje zatem kompensacja strumieni trzeciej harmonicznej. W rezultacie strumień w rdzeniu jest praktycznie sinusoidalny. Zachodzi tu więc jakby przypadek magnesowania swobodnego, gdyż w wypadkowym przepływie magnesującym występują wszystkie wymagane wyższe harmoniczne.

• I1 - prąd przewodowy uzwojenia pierwotnego

• I2 - prąd fazowy strony wtórnej

• U2 - napięcie międzyfazowe strony wtórnej

W prądzie I1 dominuje pierwsza harmoniczna oraz występują w znaczącym stopniu harmoniczne nieparzyste 3, 5 i 7, z tym że harmoniczna 3 jest mniejsza z powodu braku przewodu zerowego.

Prąd I2 (wewnątrz trójkąta) zgodnie z oczekiwaniami składa się głównie z trzeciej harmonicznej, która zamyka się wewnątrz trójkąta. Znaczne udziały mają także harmoniczne: 1, 5, 9 oraz śladowe: 2, 7.

Można powiedzieć, że napięcie U2 jest praktycznie nieodkształcone, gdyż dominuje pierwsza harmoniczna, a harmoniczne 0, 5 i 7 występują w znikomym procencie.

Napięcie ma przebieg sinusoidalny.

Prąd 3-ciej harmonicznej zamkniętej w trójkącie o przebiegu sinusoidalnym.

4. Uwagi końcowe i wnioski.

Przed ćwiczeniem z teorii wiedzieliśmy, że na magnesowanie rdzenia i właściwości ruchowe transformatora przy obciążeniu istotny wpływ ma układ połączeń. Na laboratorium mieliśmy właśnie za zadanie sprawdzenie różnych układów połączeń uzwojeń transformatora: Yyn, Yy, Yd. Po połączeniu obserwowaliśmy przebiegi napięć i prądów, odczytywaliśmy również jaki udział mają poszczególne harmoniczne w tych przebiegach. Z całą pewnością możemy stwierdzić, że właściwości poszczególnych transformatorów w dużej mierze zależą od trzeciej harmonicznej prądu, która jednak nie zawsze może dopłynąć ze źródła do transformatora. Właśnie ze względu na strumienie 3-cich harmonicznych dobrze jest stosować chociaż po jednej stronie: górnej (GN) albo dolnej (DN) połączenie układu w trójkąt. Przydatne jest stosowanie w układach Yyn, Yy dodatkowego uzwojenia kompensacyjnego w trójkąt, które całkowicie eliminuje lub łagodzi niekorzystne zjawiska. Z drugiej jednak strony za transformatorami z układami połączeń Yy przemawiają małe koszta i niewielkie ich wymiary.

Dariusz Gloger - sprawozdanie z MASZYN EL. ćw. nr 2

Gr. E1 gr. lab. 2 Strona 1 2006-10-29

---