Politechnika Warszawska

Wydział Elektryczny

Instytut Elektroenergetyki

Rok, semestr: 4/7

Data wykonania

ćwiczenia:

31.10.2012

Temat ćwiczenia:

Badanie wyższych harmonicznych prądów i

napięć transformatorów TR1 i TR2 o

konfiguracji uzwojeń YnD i DnY

obciążonych prostownikiem

sześciopuloswym.

Grupa: Automatyka

Zabezpieczeniowa

Rok akademicki:

2012/2013

Wykonali:

1. Jędrzej Chybowski
2. Tomasz Jastrzębski
3. Robert Remiszewski

Prowadzący:

dr inż.
Andrzej Magdziarz

Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest obserwacja wyższych harmonicznych prądów i napięć

transformatorów TR1 oraz TR2 w różnych konfiguracjach uzwojeń przy obciążeniu ich
uzwojeń wtórnych odbiornikiem nieliniowym w postaci prostownika sześciopulsowego.

2. Przebieg ćwiczenia.

Do wykonania ćwiczenia zostało wykorzystane stanowisko laboratoryjne wyposażone

w dwa transformatory (TR1 – trójkolumnowy oraz TR2 – trzy jednostki jednofazowe,
zastępujące transformator pięciokolumnowy), mostek prostowniczy sześciopulsowy,
autotransformatory, zestaw mierników oraz obciążenie prostownika.

Podczas badań transformatory obciążone są odbiornikiem nieliniowym w postaci

mostka prostowniczego 6-pulsowego. Układ pomiarowy dla transformatorów TR1 i TR2
połączono wg schematu jak na rys. 1 i rys. 2

Rys.1. Schemat pomiarowy układu z transformatorem o konfiguracji uzwojeń DnY

obciążonym prostownikiem 6-pulsowym

Rys.2. Schemat pomiarowy układu z transformatorem o konfiguracji uzwojeń YnD

obciążonym prostownikiem 6-pulsowym

Po wykonaniu połączeń wg schematów dokonano pomiarów wartości harmonicznych

w prądach po obu stronach transformatora i wartości harmonicznych w napięciu po stronie
odbiornika.

Pomiar wartości harmonicznych w prądzie po obu stronach transformatora odbywał

się poprzez zmianę lokalizacji sond pomiarowych w postaci cęgów zaciskanych na
przewodach łączących uzwojenie pierwotne transformatora ze źródłem zasilania lub
uzwojenie wtórne z odbiornikiem w postaci prostownika.

Ponieważ cęgi obejmowały przewody potrójnie (cęgi założone na trzy pętle

przewodu) otrzymane wyniki należy podzielić przez trzy.

Wartości harmonicznych (do 11 włącznie) zawartych w prądach i napięciach

transformatorów zapisane zostały w tabelach pomiarowych stanowiących protokół z
przeprowadzonego ćwiczenia.

Do sprawozdania zostały dołączone raporty wygenerowane przez oprogramowanie

komputerowe miernika jakości energii oraz protokół z przeprowadzonego ćwiczenia.

3. Wnioski i spostrzeżenia

Opierając się o dane zapisane w tabelach pomiarowych jak również danych zawartych

w raportach wygenerowanych przez oprogramowanie miernika jakości energii możemy
zauważyć, że w prądzie pobieranym przez prostownik występują tzw. harmoniczne
charakterystyczne, których rzędy związane są z ilością pulsów układu prostowniczego. Rzędy
występujących harmonicznych wyrazić można za pomocą wzoru:

gdzie:
c – liczba naturalna, p- liczba pulsów układu prostowniczego

Zgodnie z nim w prądzie pobieranym przez prostownik sześciopulsowy występują

harmoniczne rzędów: 5,7,11,13,17,19,23,25. W protokole w tabelach pomiarowych zawarte
są procentowe zawartości poszczególnych harmonicznych (odniesione do harmonicznej
podstawowej 50 Hz) zanotowane do harmonicznej rzędu 11.

Zgodnie z teorią wyższych harmonicznych przepływ odkształconego prądu przez

impedancję powoduje powstanie na niej spadków napięć od harmonicznej podstawowej i od
harmonicznych wyższych rzędów, mówimy wtedy o pojawieniu się harmonicznych w
napięciu. W naszym przypadku zanotowano harmoniczne napięcia 3,5,7,11. Zarówno w
układzie YnD jak i DnY największą procentową wartość miała 5 harmoniczna. Możemy
również zauważyć, że w układzie DnY są większe wartości wyższych harmonicznych niż w
układzie YnD.

Można również zaobserwować, że nie ma znaczenia czy transformator jest skojarzony

w Dny czy tez YnD dla harmonicznych prądów strony wtórnej. Wartości harmonicznych dla
strony wtórnej w każdym przypadku są zbliżone.

W układzie połączonym w gwiazdę uziemioną YnD po stronie pierwotnej,

obserwujemy pojawienie się tzw. harmonicznych potrójnych prądu Natomiast przy
połączeniu Dny obserwujemy, że harmonicznych potrójnych nie ma (lub ich wartość jest
bardzo mała). Dzieje się tak ponieważ harmoniczne potrójne prądów zamykają się w
uzwojeniu pierwotnym.

Badany podczas ćwiczenia model fragmentu systemu można uznać za schemat

zasilania podstacji trakcyjnych prądu stałego. Podstacja trakcyjna to stacja
elektroenergetyczna, zasilana z krajowego systemu elektroenergetycznego, której
podstawowym zadaniem jest zasilanie sieci trakcyjnej na określonym odcinku linii pojazdów
o trakcji elektrycznej jak kolej, tramwaje, metro czy trolejbusy.

Ze względu na stosowany w Polsce system zasilania prądem stałym (linie kolejowe –

3 kV, linie tramwajowe 600 V), podstacje trakcyjne są stacjami transformatorowo-
prostownikowymi.

W podstacji następuje przetworzenie prądu zmiennego na stały potrzebny do zasilania

silników trakcyjnych napędzających pojazdy.

Prostowniki 6- pulsowe zastosowane w podstacjach trakcyjnych są źródłem silnych

odkształceń prądu przez nie pobieranego.

Zastosowanie filtrów pasywnych (dławiki) skutkuje obniżeniem się współczynnika

THDi. Lepsze efekty jednak daje zwiększenie liczby pulsów układu prostowniczego; np.
zastosowanie układu 12 czy 18 pulsowego; jednakże wiąże się to z dużymi kosztami.