POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Maszyn Elektrycznych
Ćwiczenie nr 2 Temat: Badanie przebiegu czasowego prądu magnesującego
Rok akademicki 2004/2005 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Nr grupy: E - 5	Wykonawcy: 1. Cierniewski Maksymilian 2. Garczyk Rafał 3. Matelski Szymon 4. Matuszak Paweł 5. Mądry Marcin 6. Melonek Andrzej 7. Patron Grzegorz	Data
				Wykonania ćwiczenia 08,11,2004	Oddania sprawozdania 22,11,2004
Uwagi:

1. WSTĘP TEORETYCZNY.

W trójfazowy transformatorze rdzeniowym niesymetrycznym droga strumienia magnetycznego w słupie środkowym jest krótsza niż drogi strumieni magnetycznych słupów skrajnych. Na skutek tego prąd magnesujący uzwojenia umieszczonego na kolumnie środkowej jest mniejszy niż prądy magnesujące uzwojeń umieszczonych na kolumnach skrajnych.

Na magnesowanie rdzenia i właściwości ruchowe transformatora przy obciążeniu ma istotny wpływ również układ połączeń.

Jeżeli napięcie zasilające jest sinusoidalnie zmienne, to przy założeniu u₁(t) = e₁(t) musi się sinusoidalnie zmieniać również strumień magnetyczny φ(t), a więc i indukcja magnetyczna w rdzeniu. Ponieważ dla zapewnienia strumieniowi głównemu drogi o dużej przewodności magnetycznej rdzeń transformatora jest wykonany z ferromagnetyka, zależność indukcji B = f(I₀) ma kształt rewersyjnej pętli histerezy. Z tego powodu przebieg czasowy prądu i₀ odbiega od sinusoidy (jest zaostrzony). Prąd ten jest tym bardziej odkształcony, im bardziej nasycona jest stal rdzenia (im wyższe jest napięcie). Składowa bierna prądu stanu jałowego i₀ jest prądem magnesującym i_m, który ma charakter czysto indukcyjny.

Przebieg czasowy prądu magnesującego jest krzywą antysymetryczną, czyli w rozwinięciu na szereg Fouriera nie występuje składowa stała oraz harmoniczne parzyste. Amplitudy poszczególnych harmonicznych zależą od nasycenia stali rdzenia. Amplituda prądu magnesującego zależy zależy w największym stopniu od harmonicznej podstawowej, trzeciej i piątej.

2. DANE ZNAMIONOWE BADANEGO TRANSFORMATORA.

Typ Adli; S = 5 kVA; U_GN = 380 V; U_DN = 70 V; f = 50 Hz; I_GN = 7,6 A; I_DN = 41,2 A; ΔU = 3,8 %;

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

3.1. Układ połączeń YNyn.

W tym układzie zachodzi magnesowanie swobodne. Ponieważ prąd magnesujący uzwojenia kolumny środkowej jest mniejszy niż w kolumnach skrajnych, suma prądów w punkcie neutralnym nie jest równa zeru. Prąd w przewodzie zerowym jest sumą harmonicznych trzecich (i jej nieparzystych wielokrotności), prądów fazowych i prądu pierwszej harmonicznej wynikającego z niesymetrii rdzenia. W przewodzie zerowym wystąpią też w znikomym procencie wszystkie pozostałe harmoniczne.

Obserwowane wielkości:

• I1 - prąd przewodowy strony pierwotnej;

• I2 - prąd przewodowy strony wtórnej;

• U2 - napięcie międzyfazowe strony wtórnej;

• Napięcie fazowe 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.

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

Napięcie U3 jest również praktycznie nieodkształcone, dominuje pierwsza harmoniczna, a harmoniczne: 0, 3, 5, 7 przyjmują wartości marginalne.

3.2. Układ połączeń Yyn.

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.

Badane wielkości:

• I1 - prąd przewodowy strony pierwotnej;

• U2 - napięcie międzyfazowe strony wtórnej;

• U3 - napięcie fazowe strony wtórnej;

W prądzie I1 dominuje pierwsza harmoniczna ale daje się zauważyć także udział harmonicznych nieparzystych: 3, 5 i 7. Trzecia harmoniczna jest mniejsza niż w układzie Ynyn z powodu braku przewodu zerowego po stronie pierowtnej. 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 U3 jest nieznacznie odkształcone przede wszystkim przez trzecią harmoniczną, chociaż występują też (choć nie są znaczne) piąta i siódma harmoniczna. Daje się także zauważyć niewielki udział składowej stałej.

3.3. Układ połączeń Yd.

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.

Badane wielkości:

• 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. Dają się zauważyć niewielkie ilości harmonicznych: 0, 2,11, 13.

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, 4, 7, 11.

---