ćwiczenie 1

Badanie transformatora trójfazowego

1.1. Cel ćwiczenia

Przedmiotem badań jest transformator trójfazowy, rdzeniowy, chłodzony powietrzem na niskie napięcie. Uzwojenia obu stron transformatora mają wyprowadzone po sześć zacisków i są przewidziane do łączenia w gwiazdę i trójkąt. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pracą transformatora w stanach: jałowym, zwarcia i obciąźenia, oraz wyznaczenie charakterystyk, sprawności i grupy połączeń badanego transformatora.

1.2. Dane znamionowe transformatora

Po zapoznaniu się z tabliczką znamionową transformatora należy dokonać oględzin zewnętrznych. Na podstawie danych znamionowych transformatora należy dobrać odpowiednie przyrządy pomiarowe.

1.3. Przebieg pomiarów

1.3.1. Pomiar rezystancji uzwojeń mierzy się metodą techniczną według schematu przedstawionego na rysunku 1.1. Badane uzwojenie zasila się napięciem stałym, wykonując po 3 pomiary dla wszystkich uzwojeń, gdzie:

AX, BY, CZ - początki i końce uzwojenia pierwotnego

ax, by, cz - początki i końce uzwojenia wtórnego.

Rys. 1.1. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji uzwojeń transformatora.

Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.1. oraz oblicza się

1.3.2. Wyznaczanie przekładni transformatora.

Pomiar przekładni wykonuje się w stanie jałowym transformatora za pomocą woltomierzy mierzących napięcia międzyprzewodowe pierwotne U1 i wtórne U2. Napięcie zasilające reguluje się do 0.7 Un regulatorem indukcyjnym RI. Schemat połączeń przedstawiony jest na rysunku 1.2, a wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.2.

Rys. 1.2. Schemat połączeń do pomiaru przekładni (uzwojenia połączone w układzie gwiazda- gwiazda).

Tabela 1.2.

1.3.3. Próba stanu jałowego.

Próba stanu jałowego służy do określenia prądu, strat i współczynnika mocy stanu jałowego. Schemat połączeń podany jest na rysunku 1.3. Uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem regulowanym od 0.1 do 1.3 Un, a uzwojenie wt'rne jest rozwarte.

Rys. 1.3. Schemat połączeń do próby stanu jałowego transformatora.

Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.3 oraz oblicza się:

Tabela 1.3.

Charakterystykistanu jałowego, czyli zależności Po, Io, cosϕo = f(Uo), przedstawiono na rysunku 1.4. Krzywa Po = f(Uo) jest w przybliżeniu parabolą, ponieważ straty w rdzeniu są prawie proporcjonalne do kwadratu indukcji, a więc i napięcia. Napięcie jest proporcjonalne do strumienia, a strumień do indukcji. Składowa bierna prądu jałowego Iμ, znacznie większa od składowej czynnej Iow, zmienia się w funkcji napięcia według krzywej magnesowania, dlatego przebieg prądu jałowego Io jest prawie taki sam jak przebieg prądu Iμ. Składowa czynna prądu jałowego Iow jest proporcjonalna do napięcia.

Ponieważ

to na skutek znacznie szybszego wzrostu prądu magnesującego od wzrostu czynnego prądu Iow, przebieg cosϕo = f(Uo) jest zależnością na rysunku 1.4. Z charakterystyk stanu jałowego dla znamionowego napięcia należy odczytać „znamionowe” wartości biegu jałowego: prądu, mocy i współczynnika mocy.

1.3.4. Próba zwarcia ustalonego.

Próba zwarcia ustalonego służy do określania napięcia zwarcia, strat obciążeniowych, dodatkowych oraz impendancji zwarcia. Stanem zwarcia ustalonego transformatora nazywa się taki

Rys. 1.4. Charakterystyki stanu jałowego transformatora.

stan ustalony, w którym przy zwartych zaciskach wtórnych, do zacisków pierwotnych jest przyłożone napięcie wymuszające i w uzwojeniach transformatora płyną prądy znamionowe. Napięcie, które występuje w stanie zwarcia ustalonego nazywa się napięciem zwarcia transformatora. Wartość napięcia zwarcia zależy od mocy transformatora, wielkości napięcia pierwotnego i zawiera się w granicach od kilku do kilkunastu procent napięcia znamionowego. Schemat połączeń układu do próby zwarcia przedstawiony jest na rysunku 1.5. Przy zwartej stronie wtórnej transformatora napięcie przyłożone do strony pierwotnej zmienia się od wartości, przy której I=1.3In do zera. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.4 oraz oblicza się:

Tabela 1.4.

Charakterystyki zwarcia, czyli zależność Iz, Pz cosϕz=f(Uz) przedstawione są na rysunku 1.6. Rezystancja zwarcia Rz w czasie trwania próby zwarcia nie ulega zmianie. Reaktancja zwarcia Xz ma również wartość stałą, gdyż odpowiada przewodności magnetycznej na drodze strumieni rozproszenia, przebiegającej w powietrzu. Przenikalność magnetyczna powietrza jest stała, więc i reaktancja Xz jest także stała. Stała wartość cosϕz i prostoliniowa zależność Iz=f(Uz) są oczywiste wobec stałości Rz i Xz. Moc Pz jest proporcjonalna do kwadratu prądu, a wobec liniowej zależności między prądem i napięciem, także do kwadratu napięcia. Stąd wynika paraboliczny przebieg Pz=f(Uz).

1.3.5. Próba obciążenia transformatora.

Pomiary obciążenia transformatora przeprowadza się przy stałym napięciu znamionowym i stałym współczynniku mocy w obwodzie wtórnym. Przy obciążeniu strony wtórnej trójpłytowym opornikiem

Rys. 1.6. Charakterystyki zwarcia transformatora.

wodnym cosϕ2 = const = 1. Pomiary rozpoczyna się od stanu jałowego (I2 = 0) do momentu, gdy prąd strony wtórnej I2 = 1.3I2n. Schemat połączeń podany jest na rysunku 1.7. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.5.

Rys. 1.7. Schemat połączeń do próby obciążenia transformatora.

Tabela 1.5.

gdzie :

Charakterystyki obciążenia, czyli zależności U2, I1, cosϕ1, η = f(I2) przy U1 = const i cosϕ2 = 1 przedstawione są na rysunku 1.8.

Napięcie U2 ze wzrostem obciążenia nieznacznie maleje, gdyż rosną spadki napięć na impendancji zwarcia transformatora. Współczynnik mocy cosϕ1 rośnie w miarę zwiększania obciążenia, gdyż prąd magnesujący podczas całego zakresu obciążenia jest prawie stały, a prąd czynny rośnie (U1 = const).

Rys. 1.8. Charakterystyki transformatora.

1.3.6. Obliczanie sprawności transformatora.

Sprawność oblicza się metodą strat poszczególnych, wykorzystując wyniki pomiarów strat stanu jałowego i stanu zwarcia. obliczenia wykonuje się dla następujących założeń i warunków: cosϕ = 1, U1 = Un. Prąd obciążenia transformatora przyjmuje się jako kIn dla k = 1.2; 1; 0.8; 0.6; 0.4; 0.2, gdzie k = I/In - względny prąd obciążenia.

Wyniki obliczeń wpisuje się do tabeli 1.6. gdzie:

cosϕ = 1 - cosϕ1 = cosϕ2 (przy pominięciu prądu I)

I1n - znamionowy prąd strony pierwotnej

Sn - znamionowa moc pozorna

ΔPon - straty w żelazie wyznaczone wg. ptk. 1.3.3. (rys. 1.4.)

ΔPzn - straty w miedzi wyznaczone wg. ptk. 1.3.4. (rys. 1.6.)

Tabela 1.6.

Na podstawie obliczeń umieszczonych w tabeli 1.6 wykreśla się zależność η = f(k).

Rys. 1.9. Wykres sprawności transformatora dla cosϕ = 1.

!.3.7. Wyznaczanie grup połączeń transformatora metodą woltomierza.

Z wielu możliwych układów połączeń wyróżnia się trzy grupy główne połączeń transformatora:

1) Yy0

2) Dy5 Yd5 Yz5

3) Dy11 Yd11 Yz11

Na rysunku 1.10 podany jest schemat pomiarowy do wyznaczenia pierwszej grupy głównej. Zaciski A - a są ze sobą zwarte, a transformator zasilany jest napięciem trójfazowym obniżonym.

Rys. 1.10. Schemat połączeń do wyznaczania pierwszej grupy głównej transformatora.

Dla pierwszej grupy głównej spełniona jest zależność:

Na rysunku 1.11 podany jest schemat połączeń do wyznaczania drugiej i trzeciej grupy głównej. Zacisk fazy uzwojenia zasilanego jest połączony z punktem zerowym transformatora. Dla drugiej grupy głównej jest spełniona zależność:

Rys. 1.11. Schemat połączeń do wyznaczania drugiej i trzeciej grupy głównej transformatora.

Dla trzeciej grupy głównej spełniona jest zależność:

Po wykonaniu pomiarów odpowiednich napięć należy zaliczyć transformator do danej grupy połączeń.

W tabeli 1.7 przedstawione są grupy połączeń transformatorów dwuuzwojeniowych

gdzie:

υ = U1/U2 - przekładnia transformatora

1.4. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:

- dane znamionowe badanego transformatora

- charakterystyki stanu jałowego, zwarcia i obciążenia

- wyznaczenie znamionowych strat mocy transformatora

- obliczenia sprawności metodą strat poszczególnych

- wyznaczenie procentowego napięcia zwarcia

- wnioski i spostrzeżenia

---