Politechnika Warszawska
Instytut Elektroenergetyki
Wydział Elektryczny
Data wykonania
Rok, semestr: 4/7 ćwiczenia: Temat ćwiczenia:
31.10.2012 Badanie wyższych harmonicznych prądów i
napięć transformatorów TR1 i TR2 o
Rok akademicki:
Grupa: Automatyka
konfiguracji uzwojeń YnD i DnY
2012/2013
Zabezpieczeniowa
obciążonych prostownikiem
Wykonali:
sześciopuloswym.
1. Jędrzej Chybowski
Prowadzący: Ocena:
2. Tomasz Jastrzębski
dr inż.
3. Robert Remiszewski
Andrzej Magdziarz
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 z
ródłem 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 z
ródłem 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.