Laboratorium Techniki Wysokich Napięć		Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział: Elektrotechniki Automatyki Informatyki i Elektroniki
Wykonali: Kutek Przemysław Leśniak Łukasz Madej Tomasz Ludwin Andrzej Lewandowski Michał	Temat ćwiczenia: Pomiary i modelowanie przepięć łączeniowych.		Rok III Grupa:
		Data wykonania: 18.11.2002	Data oddania: 25.11.2002	Ocena:

Cel ćwiczenia:

Celem naszego ćwiczenia laboratoryjnego było poznanie wielkości i charakteru przepięć przy wyłączaniu małych prądów indukcyjnych na podstawie wyników badań przepięcia przy nieobciążonego transformatora energetycznego .

Schemat do pomiaru przepięć łączeniowych:

Atr Tr S

W

W laboratorium podczas wykonywania ćwiczenia przeprowadzaliśmy kilkakrotne załączanie i wyłączanie układu pomiarowego w celu dokładnej obserwacji przebiegów przepięć łączeniowych. Poniżej zamieszczone wykresy przedstawiają charakter i kształt przepięć łączeniowych.

RYS.1

Na powyższym wykresie można zauważyć że po wyłączeniu napięcie spada do wartości zerowej, jednakże wcześniej wystąpiło przepięcie łączeniowe. Jak wynika z wykresu wartość amplitudy tegoż przepięcia jest czterokrotnie większa od wartości napięcia.

RYS.2

Rysunek 2 przedstawia powiększony wykres zależności napięcia w funkcji czasu (powiększony Rys.1). Z powyższego wykresu widzimy, iż czas trwania przepięcia jest mały i wynosi on około jednej mili sekundy.

RYS.3

Rysunek 3 podobnie do Rys.1 ukazuje wystąpienie przepięcia łączeniowego. Jednakże tym razem amplituda przepięcia jest pięć i półkrotnie razy większa od wartości napięcia.

RYS.4

Rysunek 4 jest powiększeniem przepięcia łączeniowego ukazanego na rysunku 3. Również i na podstawie tego wykresu łatwo zauważyć, że czas trwania przepięcia jest bardzo krótki i jest on zbliżony do czasu trwania przepięcia łączeniowego z rys.2.

Pomiar parametrów badanego przez nas obwodu:

L=0,492[H]

C=120 [pF]

gdzie:

L- indukcyjność cewki transformatora,

C- pojemność uzwojenia w stosunku do rdzenia transformatora.

Pomiar prądu:

Schemat układu wykorzystywanego przez nas do pomiaru:

Atr Tr S1 Tr S2

R_b

R_b = 10 [Ω]

R_b - rezystancja bocznika

Powyższy rysunek ukazuje nam przebieg prądu po przerwaniu prądu indukcyjnego.

Rysunek 6 przedstawia powiększony przebieg z oscylogramu 5. Widoczne na tym wykresie małe szpilki są występującymi zakłóceniami.

Uproszczony schemat zastępczy układu z nieobciążonym transformatorem.

Ls W

I_w

I_c i_L i_R

Cs C U L R

Lc

Wyznaczenie rezystancji reprezentującej straty w żelazie:

P =400 [VA]

U_N =220 [V]

ΔP_Fe =0,5 %

ΔP_Fe =0.5%*400[VA]=2[VA]

Straty w rdzeniu stanowią najczęściej od 0,15% do 1,5% mocy znamionowej.

W celu wyznaczenia rezystancji reprezentującej straty w żelazie korzystaliśmy z następującego wzoru:

Metoda badawcza:

Jedną z metod badań przepięć przy wyłączaniu małych prądów indukcyjnych jest metoda badawcza. Prowadzona jest ona przy pomocy komputera i polega na rozwiązaniu poniższego równania:

Powyższe równanie opisuje przebieg prądu i jego pochodnej przy wyłączaniu uzwojenia i obliczeniu napięcia ze wzoru:
.

Obliczenia wykonuje się przy wykorzystaniu metody: Rungego-Kutty.

Do obliczeń stosuje się następujące przybliżenia: i_L=hΣa_i i=0,1,2,....

gdzie: i_L -przyrost i_L wynikający z przejścia argumentu t do t+h.

a_i- wartość funkcji f obliczone w pewnych punktach ( t, i_L ).

Druga część naszego ćwiczenia, którą jest symulacja przepięć w programie Matlab:

Symulację w programie MATLAB przeprowadzaliśmy dla następujących parametrów:

L = 0.492 [H]

C = 129 [pF]

I₀ = 15 [mA]

P =400 [VA]

U_N =220 [V]

ΔP_Fe =0,5 %

ΔP_Fe =0.5%*400[VA]=2[VA]

Charakterystyki jakie otrzymaliśmy podczas symulacji:

Kształty powyższych przebiegów są zbliżone do przebiegów z oscyloskopów. Wartość maksymalna napięcia w symulacji wynosi ok. 170 [V], natomiast w zarejestrowanych przebiegach rzeczywistych wahała się w granicach od 150 [ V] do 250[V].

Powodami rozbieżności mogą być błędy pomiarów pojemności, oraz wyznaczania rezystancji ze strat w żelazie transformatora.

Charakterystyka napięcia maksymalnego od prądu ucięcia:

Tabelka pomiarowa:

I	Umax
15	170
25	280
50	550
75	800
100	1100
125	1400
150	1700
175	1900
200	2200

Wykres:

Jak widać na powyższym wykresie wartośćnapięcia maksymalnego jest wprost proporcjonalna do wartości prądu ucięcia.

Charakterystyka napięcia maksymalnego w zależności od pojemności:

Tabelka pomiarowa:

C	Umax
0,1	170
0,2	160
0,4	150
0,8	140
1,4	130
2,4	120
4	110
7,5	100

Wykres:

Powyższacharakterystyka jest linią prostą po zastosowaniu skali logarytmicznej na osi rzędnych. Odchylenia punktów pomiarowych od prostej wynikają z błędów w odczycie wartości z wykresu w programie Matlab.

Wnioski:

W powyższym ćwiczeniu zajmowaliśmy się pomiarami i modelowaniem przepięć łączeniowych powstałych przy wyłączaniu małych prądów indukcyjnych. Ucięcie prądu indukcyjnego jest bardzo niekorzystne, gdyż pozostająca w wyłączonym obwodzie energia magnetyczna jest żródłem badanych przez nas przepięć. Przepięcia te mogą powodować przeskoki lub przebicia izolacji. Jak widać z wykresów oscylogramowych ( rys.1,2,3,4) amplitudy badanych przez nas przepięć są kilkakrotnie większe od amplitud napięcia, natomiast czasy trwania badanych przepięć są krótkie i w naszym przypadku wynoszą :

1÷1,5[ms].

Przeprowadzenie symulacji komputerowej jest bardzo dobrym sposobem na uniknięcie kłopotliwych i czasochłonnych pomiarów. Przy znajomości podstawowych parametrów urządzenia możemy określić z dużym przybliżeniem przepięcia zachodzące w przy jego wyłączaniu.

---