Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода   и автоматизации  промышленных установок

 

 

 

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения

специальности 5В071800 – Электроэнергетика

 

  

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: П.И. Сагитов, Р.М.Шидерова, А.Н.Бестерекова. Электрические машины. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика.- Алматы: АУЭС, 2011.–34 с. 

 

Методические указания содержат необходимые технические сведения о программе выполнения работ, методику подготовки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов и контрольные вопросы.

Методические указания предназначены  для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил. 8, табл. 7, библ. – 11 назв.

 

Рецензент: кан. техн. наук, К.О. Гали

 

Печатается по дополнительному плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2011 г. 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011г.                  

Содержание

 

 

Введение

4

1

Лабораторная работа.  Исследование однофазного трансформатора

6

2

Лабораторная работа . Исследование трехфазного трансформатора

15

3

Лабораторная работа. Исследование групп соединений трехфазного трансформатора

25

 

Список литературы

34

 

 

 

 

 

Введение 

Целью лабораторных занятий является ознакомление студентов с методикой испытания однофазных и трехфазных трансформаторов в различных режимах и с опытным определением групп соединений трансформаторов. Лабораторные занятия способствуют углублению теоретических знаний студентов, дают навыки по составлению и монтажу электрических схем, развивают умение теоретически объяснять и анализировать результаты опытов.

 

Описание лабораторного стенда

Стенд предназначен для проведения лабораторных занятий по курсу «Электрические машины» в высших и средних специальных учебных заведениях.

Конструктивно стенд состоит из корпуса, в который установлено электрооборудование, электронные платы, лицевая панель и столешница интегрированного рабочего стола.

 

В корпусе стенда размещены:

- плата выпрямителей;

- модуль нагрузочных резисторов;

- трехфазный лабораторный автотрансформатор (0,48 кВА);

- трехфазный исследуемый трансформатор (0,3 кВА).

 

На лицевой панели изображены электрические схемы объектов исследования. Все схемы, изображенные на панели, разбиты на группы в соответствии с тематикой проводимых работ. На панели установлены коммутационные гнёзда, стрелочные щитовые приборы, коммутационная аппаратура, а также органы управления, позволяющие изменять параметры элементов при проведении лабораторной работы.

 

К органам управления относятся:

- переключатель трехфазного лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа), который позволяет изменять напряжение в пределах 0..20В с шагом 2 В и 130..250В с шагом 30 В;

- переключатели однофазных лабораторных автотрансформаторов (ЛАТРов), которые позволяют изменять напряжение в пределах 50..110В с шагом 10 В;

- переключатели блока нагрузочных резисторов, позволяющие подключать резисторы различных сопротивлений.

 

На панели стенда установлены электрические машины:

- асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором УАД-052 (PНОМ=20Вт, nНОМ=3000 об/мин) 1 шт.;

- двигатели постоянного тока независимого возбуждения СЛ-221 (PНОМ=13Вт, nНОМ=4500 об/мин) 2 шт.;

- тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов;

- бесконтактные сельсины БД1404 (fПИТ=50Гц, I=0,44А).

Для проведения работы необходимо собрать схему объекта исследования с помощью унифицированных перемычек, позволяющих собирать схемы без потери их наглядности.

Измерения производятся с помощью стрелочных щитовых приборов. На панели стенда установлено 10 щитовых измерительных приборов, среди них:

- амперметр переменного тока (предел измерения 0,2/0,5/1 А, класс точности 2,5) 1 шт.;

- амперметры постоянного тока (предел измерения 1 А, класс точности 2,5) 2 шт.;

- амперметр постоянного тока (предел измерения 0,2 А, класс точности 2,5) 1 шт.;

- вольтметры переменного напряжения (предел измерения 50/250/500В, класс точности 2,5) 2 шт.;

- вольтметр постоянного тока (предел измерения 100 В, класс точности 1) 1 шт.;

- вольтметр постоянного тока (предел измерения 200 В, класс точности 1) 1 шт.;

- ваттметр переменного тока (предел измерения 60/450 Вт, класс точности 2,5) 1 шт.;

- измеритель частоты вращения (предел измерения 5000 об/мин., класс точности 4) 1 шт.

Технические характеристики стенда

Питание

3~ 220/127 В, 50Гц

Потребляемая мощность, кВт не более

0.5

Габаритные размеры стенда:

Ширина, мм

1310

Высота, мм

1460

Глубина, мм

600

Вес оборудования, кг., не более

80

        

 

         1 Лабораторная работа. Исследование однофазного трансформатора

 

          Цель работы:   

1)  Изучить устройство однофазного трансформатора.

2) Определить фазный и линейный коэффициенты трансформации однофазного трансформатора при различных способах режимах.

3) Построить характеристики трансформатора.

 

1.1  Общие сведения

 

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат,  предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного  тока другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, собранного из тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали, на котором находятся две обмотки, выполненные изолированным медным проводом. На первичную обмотку подается напряжение сети, к зажимам вторичной присоединяется нагрузка.

Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе  трансформатора, наводит в обеих обмотках действующие э.д.с.:

 

Е1 = 4,44 W1 f Фm,

Е2 = 4,44 W1 f Фm,

 

где    Фm - амплитуда магнитного потока;

 f  - частота переменного тока;

W1  и W2  - числа витков соответственно первичной и вторичной обмоток.

Свойства любого трансформатора могут быть оценены по его основным параметрам и характеристикам. Одним из простых и достаточно точных способов определения параметров и характеристик является проведение испытательных опытов холостого хода и короткого замыкания. Режимы холостого хода и короткого замыкания  - предельные режимы работы трансформатора, в которых трансформатор не совершает полезной работы, т.к. при холостом ходе ток нагрузки I2=0, а при коротком замыкании напряжение нагрузки  U2=0.

Программа работы при испытаний режимов трансформатора:

1) режим холостого хода;

2) режим короткого замыкания;

3) режим нагрузки;

4) коэффициент полезного действия трансформатора.

 

По данным режима холостого хода, короткого замыкания и режима нагрузки  трансформатора определяется к.п.д. трансформатора:

 

 

где    Р2 = U2I2cosj2  - активная полезная мощность, снимаемая с зажимов вторичной обмотки;

Р1 = U1I1cosj1 - активная мощность, потребляемая трансформатором из сети;

Зависимость h = f(β) приведена на рисунке 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 – Зависимость К.П.Д. трансформатора

 

bmax - коэффициент загрузки трансформатора, при котором  к.п.д. трансформатора достигает максимального значения.

         Объект исследования:

         Трехфазный исследуемый трансформатор (0,3 кВА).

        

         1.2 Порядок выполнения работы

        

         1.2.1 Режим холостого хода.

Режим холостого хода является таким предельным режимом, при котором вторичная обмотка разомкнута. Напряжение U20 на ее зажимах равно Е2. Опыт холостого хода дает возможность определить:

1)     коэффициент трансформации,

 

 

где U - номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора;

2) ток холостого хода:

 

I2О = (3...10)%I,

 

где I - номинальный ток трансформатора;

 

3) активную мощность Р0, которая представляет собой потери мощности при холостом ходе, идущие на затраты активной мощности на перемагничивание магнитопровода с частотой сети, а также на компенсацию размагничивающего действия вихревых токов, возникающих в толще листов магнитопровода трансформатора.

Используя результаты опыта холостого хода и паспортные данные трансформатора, можно определить параметры (Zo, Ro, Xo) трансформатора.

 

 

где    - активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора;

Хо - индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком;

  - полное сопротивление;

j0 - угол сдвига по фазе между током и напряжением первичной обмотки в режиме холостого хода;

a - угол между током холостого хода и магнитным потоком в режиме холостого хода.

Характеристика трансформатора при режиме холостого хода:  

 

при  I =0.

 

Порядок работы с лабораторной установкой при снятии режима холостого хода

 

Соберите схему согласно рисунку 1.2

Включите стенд тумблером “Сеть”, включите собранную схему  тумблером S9 "верхнее положение", пакетным переключателем.

Установите напряжение на первичной обмотке U = 220В.

Снимите показания приборов  U1, А1, W1, U2.  По результатам измерения произведите расчет параметров схемы замещения трансформатора (Z0, R0, X0,). Вторичные параметры измерьте, подключив U1 во вторичную обмотку.

 

Рисунок 1.2 – Опыт холостого хода

        

Примечание: светлыми линиями изображаются перемычки для опыта холостого хода

       

        Таблица    1.1- Данные опыта холостого хода

 

Измерения

Вычисления

U1, B

I1, A

P1, Bт

U2, B

R0

X0

Z0

cosφ0

Коэффициент трансформации

К

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.2  Режим короткого замыкания.

Режим короткого замыкания является другим предельным режимом работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко.

Различают короткое замыкание в процессе эксплуатации трансформатора и опытный режим короткого замыкания. При эксплуатационном коротком замыкании к первичной обмотке приложено полное напряжение сети и по обмоткам протекают токи значительно больше номинальных. В опытном режиме короткого замыкания на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение короткого замыкания (U1к), при котором по вторичной обмотке протекает номинальный ток.

 

 

 

Характеристика трансформатора при режиме короткого замыкания:

при  U20=0.

 

Мощность РК, определяемая из опыта короткого замыкания, представляет собой электрические потери в активных сопротивлениях обоих обмоток трансформатора

 

где R1 и R2 - активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

В опыте короткого замыкания определяют потери мощности в обмотках трансформатора и уточняют значение коэффициента трансформации:

  

                     

где    RК и ХК - активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора.

 

Порядок работы с лабораторной установкой при снятии режима короткого замыкания

 

Соберите схему согласно рисунку 1.3.

Выведите пакетный переключатель Т1, Uфаз в положение "О".

 

ВНИМАНИЕ! Перед проведением работы убедитесь что все галетные переключатели ЛАТРов (Т1, Т1.1, Т1.3) установлены в поз.“0”. При работе с трехфазным ЛАТРом Т1 не допускается одновременное использование однофазных ЛАТРов Т1.1 и Т1.3.

 

Включите стенд тумблером “Сеть”. Установить первичное напряжение переключателем Т1, Uф 20В (ручку галетника ЛАТРа Т1 устанавливать только в пределах 0-20В, во избежание выхода из строя элементов схемы!!!). Выключите питание схемы  тумблером S9.

 

 

Рисунок 1.3 – Исследование опыта короткого замыкания

        

Примечание: светлыми линиями изображаются перемычки для опыта короткого замыкания.

Снимите показания приборов U1, А1, W1.

По результатам измерения произведите расчет параметров трансформатора (ZК, RК, ХК) и сопротивлений обмоток (R1, X1, R2, X2).

 

        Таблица    1.1- Данные опыта короткого замыкания

 

Измерения

Вычисления

U1, B

I1, A

P1, Bт

R1

X1

Z1

Cosφ1

Коэффициент трансформации

К

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.3 Режим нагрузки.

В режиме нагрузки трансформатор нагружается в пределах от нуля до номинальной, одной из нагрузок: активной, активно-ндуктивной или активно-ёмкостной.

Зависимость U2 = f(I2) называется внешней характеристикой трансформатора (см. рисунок 1.4).

                              

Рисунок 1.4 – Внешняя характеристика трансформатора

 

Процентное изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке определяют так:

где U20 и U2 - соответственно вторичные напряжения при холостом ходе и заданной нагрузке, определяемой вторичным током и коэффициентом мощности cosφ нагрузки.

Величину DU2 можно рассчитать по формуле:

 

 

где    b  - коэффициент загрузки;       

         Uакт..% - активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора;

Uреак..%  - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора в процентах;

cosj2 - коэффициент мощности нагрузки.

 

 

где  Sн - полная мощность трансформатора, ВА.

  

Порядок работы с лабораторной установкой при снятии режима короткого замыкания

Соберите схему согласно рисунку 1.5

 

 

 

Рисунок 1.5 – Исследование трансформатора в режиме нагрузки

 

Примечание: светлыми линиями изображаются перемычки для опыта режим нагрузки.

Включите стенд тумблером “Сеть”. Включите схему тумблером S9. Установите напряжение на первичной обмотке переключателем Т1, Uфаз = 220В. Изменяя величину сопротивления нагрузки переключателем  R4 (положения 1-6), снимите показания приборов V1, V2, А1, А2, W1. Постройте внешнюю характеристику U2 = f(I2).

 

                Таблица    1.1- Данные опыта режима нагрузки

 

 

 

 

RН, Ом

Измерения

U1, В

V1

I1, А

А1

Р1,

W1

I2, А

А2

U2, В

V2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Анализ результатов лабораторной работы

 

1) При анализе харак­теристик х. х. трансформатора следует обратить внимание на их криволинейность, обусловленную магнитным насыщением магнитопровода, наступающим при некотором значении первичного напряжения U1.

Ток х.х. I0ном и мощность х.х. р0ном, полученные опытным путем, сравнивают с их значениями по каталогу на исследуемый трансфор­матор. Значительное превышение опытных значений I0ном и Р0ном над католожными указывает на наличие дефектов в трансформаторе: к. з. между частью пластин в магнитопроводе или межвитковое к.з. в небольшой части витков какой-либо из обмоток.

2) При анализе характеристик к.з. следует обратить внимание на прямолинейность графика тока к.з., обусловленную ненасыщен­ным состоянием магнитопровода при опыте к.з. из-за малой величины основного магнитного потока, величина которого пропорциональна величине подведенного к обмотке напряжения к.з. (в трансформато­рах средней и большой мощности Uк10%).

3) При анализе внешних характеристик трансформатора необ­ходимо сделать вывод о влиянии характера нагрузки на величину изменения вторичного напряжения трансформатора.

4) При анализе зависимости КПД трансформатора от нагрузки следует объяснить форму этих графиков. Опытное значение КПД сравнивают с его значением по каталогу. Необходимо объяснить причину уменьшения КПД трансформатора при уменьшении коэффи­циента мощности нагрузки.

 

1.4  Контрольные вопросы

 

1.4.1 Как устроен однофазный трансформатор?

1.4.2  От чего зависят э.д.с. обмоток трансформатора?

1.4.3  В каких случаях трансформатор называется повышающим и когда понижающим?

1.4.4  Что называется коэффициентом трансформации?

1.4.5  Как определить номинальные токи обмоток трансформатора, если известны его номинальная мощность и напряжения?

1.4.6  Что называется внешней характеристикой трансформатора?

1.4.7  Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от чего они зависят?

1.4.8 Что называют схемой замещения трансформатора и как определить её параметры?

1.4.9  Как выполняют опыты холостого хода и короткого замыкания?

1.4.10  Для чего магнитопровод трансформатора собирают из отдельных листов электротехнической стали?

1.4.11  Почему ваттметр в цепи первичной обмотки трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке практически измеряет мощность магнитных потерь.

1.4.12  Почему в режиме холостого хода трансформатора его сердечник нагревается, а обмотки остаются холодными?

1.4.13 Почему в опыте короткого замыкания значительно снижают напряжение на первичной обмотке трансформатора?

1.4.14  Почему в режиме короткого замыкания трансформатора  его обе обмотки нагреваются, а магнитопровод остается холодным?

1.4.15 Почему уменьшается напряжение на зажимах вторичной обмотки при увеличении тока нагрузки при активной и активно-индуктивной нагрузке?

        

         2 Лабораторная работа. Исследование трехфазного трансформатора

 

Цель работы:

1)  Изучить устройство трехфазного трансформатора

2) Определить фазный и линейный коэффициенты трансформации трехфазного трансформатора при различных способах соединения  фаз его обмоток.

3) Построить характеристики трансформатора в функции вторичного тока при симметричной нагрузке.

4) Определить номинальный к.п.д. трансформатора.

 

2.1 Основные теоретические положения

 

Трехфазные трансформаторы преобразуют электрическую энергию в трехфазных цепях с одним соотношением линейных напряжений и токов  в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин при  неизменной частоте.

В стержневых трехфазных трансформаторах с расположением трех

стержней в одной плоскости, замкнутых сверху и снизу ярмами, имеются две трехфазные обмотки - высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН), в каждую из которых входят по три фазные обмотки или фазы.

Трехфазный трансформатор имеет 12 выводов от 6 независимых  фазных обмоток. Начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения  обозначают буквами А, В, С, конечные выводы - X, Y, Z, а для фаз обмотки низшего напряжения принимают аналогичные обозначения - а, в, с, x, y, z. Фазные обмотки высшего и низшего напряжений соединяют звездой или треугольником. Соединение звездой обозначают -Y, ее нейтральные точки - буквами N, n, соединение треугольником - D.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора определяют отношением фазных напряжений при холостом ходе:

 

Линейный коэффициент трансформации определяют аналогично:

Если соединение фазных обмоток выполнено по схемам Y/Y или    D/D, то оба коэффициента трансформации одинаковы:

 

При соединении фаз обмоток по схеме  Y/D:

   

а по схеме  D/Y:

Свойства трехфазного трансформатора при симметричной нагрузке определяют по его характеристикам:

 

U2л(I2л), I1л(I2л), cosf1(I2л), h(I2л)

 

при U1лин = const; f = const и cosf2 = const, которые можно  получить опытным путем.

 

Коэффициент мощности трехфазного трансформатора:

 

 

где    РI - активная мощность со стороны первичной обмотки трансформатора;

U, I - линейные напряжения и линейные токи в первичной обмотке трансформатора.

К.П.Д. трансформатора:

         

где    b - коэффициент загрузки трансформатора:

Sн - номинальная мощность трансформатора:

 

cosj2 - коэффициент мощности нагрузки;

Р0 и РК - мощности, отвечающие соответственно опытам холостого хода и короткого замыкания;

I2 и I - соответственно ток нагрузки вторичной обмотки трансформатора ее номинальной ток.

  

2.2  Порядок выполнения работы

 

2.2.1  Определение коэффициента трансформации.

 

ВНИМАНИЕ! Перед проведением работы убедитесь что все галетные переключатели ЛАТРов (Т1, Т1.1, Т1.3) установлены в поз.“0”. При работе с трехфазным ЛАТРом Т1 не допускается одновременное использование однофазных ЛАТРов Т1.1 и Т1.3

 

Соберите схему согласно рисунку 2.1. Включите стенд тумблером “Сеть”,включите собранную схему тумблером S8. Переключателем Т1, Uфаз установите напряжение 220В. Используя вольтметр V1, измерьте фазные напряжения первичной и вторичной обмоток. По измеренным величинам определите коэффициент трансформации испытуемого трансформатора Т3.

 

        Таблица 2.1- Данные опыта определения коэффициента трасформации

 

 

 

 

 

1

 

Измеренные

 

RН, Ом

Измерения

U1, В

 

U2, В

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.2  Опыт холостого хода.

 

Установите переключателем Т1, Uфаз напряжение 220В. Включите стенд тумблером “Сеть”. Включите схему работы тумблером S8. Измерьте фазное напряжение на первичной обмотке трансформатора Т3 вольтметром V1. Снимите показания приборов А1, W1.

         Таблица 2.2- Данные опыта холостого хода

 

 

 

 

 

1

6

Измеренные

 

RН, Ом

Измерения

U1, В

 

I1, А

 

Р1,

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.3 Опыт короткого замыкания.

 

Соберите схему согласно рисунку 2.3. Выведите пакетный переключатель Т1, Uфаз в положение 0. Включите стенд и схему лабораторной работы тумблером “Сеть”, S8.

Изменяя первичное напряжение переключателем Т1, Uфаз  от 0 до 20В (ручку галетника ЛАТРа Т1 устанавливать только в пределах 0-20В, во избежание выхода из строя элементов схемы), снимите показания А1, V1 и W1 при положении галетника на 20В.

 

                Таблица 2.3- Данные опыта короткого замыкания

 

 

 

 

 

1

6

Измеренные

 

RН, Ом

Измерения

U1, В

 

I1, А

 

Р1,

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.4  Работа трансформатора под нагрузкой.

 

Соберите схему согласно рисунку 2.4. Измените величину нагрузочных сопротивлений R4 (положения 1-6), используя приборы А1, W1, V1, снимите их показания. Во избежание перегрева нагрузочных резисторов при больших токах нагрузки, после 5 минут работы необходимо делать паузу 5-10 минут.

 

                Таблица 2.4- Данные опыта трасформатора под нагрузкой

 

 

 

 

 

1

6

Измеренные

 

RН, Ом

Измерения

U1, В

 

I1, А

 

Р1,

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 


Подпись: 19

 

Рисунок 2.1 – Исследование определения коэффициента трансформации


Рисунок 2.2 – Исследование трансформатора при опыте холостого хода

 

Подпись: 21Рисунок 2.3 – Исследование трансформатора при опыте короткого замыкания


 

Рисунок 2.4 – Исследование работы трансформатора под нагрузкой

 

2.3 Обработка результатов лабораторной работы

 

2.3.1 Вычислить коэффициенты трансформации трехфазного  трансформатора: фазный и линейный.

2.3.2 Рассчитать для режима нагрузки коэффициент мощности и к.п.д. трансформатора.

2.3.3 Построить в общей системе координат характеристики трансформатора в функции вторичного тока: U(I), I(I), cosj (I), h(I).

2.3.4 Определить номинальный и годовой к.п.д. трансформатора, если он работает 3 месяца в году с нагрузкой 80%, 5 месяцев с нагрузкой 100% и 4 месяца в режиме холостого хода.

 

2.4  Контрольные вопросы

 

2.4.1  Как устроен трехфазный трансформатор?

2.4.2  Что называют фазным и линейным коэффициентом трансформации?

2.4.3  Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от  чего они зависят?

2.4.4  Почему к.п.д. трансформатора зависит от нагрузки?

2.4.5  Как определяют коэффициент нагрузки трансформатора?

2.4.6  Какова область применения трехфазных трансформаторов?

  

 3 Лабораторная работа. Исследование групп соединений трехфазного трансформатора

 

 Цель работы: изучить различные группы соединений фазных обмоток трехфазных трансформаторов.

 

3.1 Основные теоретические положения

 

Каждому типу фазных обмоток трехфазного трансформатора соответствует определенный угол смещения векторов линейных низших напряжений к соответствующим им векторам линейных высших напряжений.

Сдвиг фаз между ЭДС ЁАХ и Ёах принято выражать группой соединения. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0 до 360°, а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединения принят ряд чисел: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11 и 0.

Для трехфазных трансформаторов угол смещения вектора линейной ЭДС обмотки НН по отношению к вектору линейной ЭДС обмотки ВН определяют умножением числа, обозначающего группу соединения, на 30°. Угол смещения отсчитывают от вектора ЭДС обмотки ВН по часовой стрелке до вектора ЭДС обмотки НН. Например, группа соединения 5 указывает, что вектор линейной ЭДС обмоток НН отстает по фазе от вектора  линейной ЭДС обмоток ВН на угол 5 • 30°= 150°.

Применением разных способов соединения обмоток в трехфаз­ных трансформаторах можно создать 12 различных групп соедине­ния.

При одинаковых схемах соединения обмоток ВН и НН, напри­мер, Y/Y или Δ/Δ, получают четные группы соединения, а при не­одинаковых схемах, например, Y/Δ или Δ/Y, — нечетные.

Четыре группы соединения 0, 6,11 и 5 называ­ют основными.

Соотношение и угол смещения между  векторами линейных ЭДС обмоток НН по отношению к векторам линейных ЭДС обмоток ВН наглядно иллюстрируются с помощью топологических диаграмм (см. рисунок 3.1).

 


Рисунок 3.1 - Топографические диаграм­мы линейных   напряжений   нулевой (а), шестой   (б), одиннадцатой   (в) и пятой (г) групп соединения

 

При изготовлении или в процессе эксплуатации трансформато­ров иногда возникает необходимость в опытной проверке группы соединения. Существует несколько методов такой проверки, но наи­более распространены методы фазометра и вольтметра.

Метод фазометра. Основан на непосредственном измерении угла фазового сдвига между соответствующими линейными напря­жениями (ЭДС) обмоток ВН и НН с помощью фазометра ф, вклю­ченного по схеме, показанной уже на рисунке 3.2, а. Параллельную обмот­ку фазометра U подключают к стороне ВН, а последовательную обмотку  I к стороне НН. Для ограничения тока в последова­тельной обмотке ее включают через добавочное сопротивление гдоб. Затем трансформатор включают в сеть с симметричным трехфаз­ным напряжением. Для удобства измерений желательно, чтобы фазометр имел полную (360°) шкалу.


 

Рисунок 3.2 -  Проверка группы соедине­ния Y/Y— 0 методами фазометра (а) и вольтметра (б)

Метод вольтметра. Непосредственного измерения угла фазово­го сдвига между линейными напряжениями (ЭДС) этот метод не дает. Это косвенный метод, и он основан на измерении вольтметром напряжений (ЭДС) между одноименными выводами обмоток ВН и НН. Если проверяют группу соединения Y/Y— 0 , то, соединив проводом выводы А и а, измеряют напряжение UbB (между выводами b и B) и UcC (между выводами с и С). Если предполагаемая группа соединения Y/Y—0 соответствует фактической, то напряжения

 ,      

  

где nл = UAB/ Uab отношение линейных напряжений (ЭДС) обмоток ВН и НН, т.е. коэффициент трансформации линейных напряжений (ЭДС).

Если проверяют группы соединения 6, 11 или 5, то для измеренных значений напряжений  пользуются формулами:

 

группа Y/Y- 6                 

 

группа Y/A — 11         

 

группа Y/Д — 5         

где Uab и Uxy линейные напряжения на выводах обмоток НН, В.

Если условия равенства напряжений по результатам измерений
и приводимым формулам не соблюдаются, то это свидетельствует о
нарушениях в маркировке выводов трансформатора.

Аналогично находят следующие пары зажимов других фазных обмоток трансформатора. Отметим, что при подведении проводов сети переменного напряжения к фазным обмоткам высшего напряжения отклонения стрелки вольтметра будут меньшими, а при присоединении к аналогичным обмоткам низшего напряжения - большими вследствие их различного сопротивления.

Принадлежность фазных обмоток высшего и низшего напряжений к  одной и той же фазе трансформатора устанавливают поочередным подключением каждой фазной обмотки высшего напряжения к сети переменного напряжения, если последнее, не выше номинального напряжения  подключаемой обмотки с измерением трех э.д.с., наводимых соответствующими магнитными потоками в фазных обмотках низшего напряжения.

Фазная обмотка низшего напряжения, с наибольшей э.д.с., соответствует подключенной фазной обмотке высшего напряжения, т.е. обе обмотки расположены на одном стержне магнитопровода и принадлежат одной фазе трансформатора.

После определения зажимов фазных обмоток высшего и низшего напряжений различных фаз находят начала и концы их. Для этого приняв один из зажимов фазной обмотки высшего напряжения за начало А, а другой за конец Х, собирают установку (см. рисунок 3.2.б), где положительный полюс источника соединяют с зажимом А, а к зажимам соответствующей фазной обмотки низшего напряжения присоединяют магнитоэлектрический вольтметр с нулем посредине шкалы и указанной полярностью его зажимов. Если замыкание кнопки Кн вызовет отклонение стрелки вольтметра вправо от нулевой отметки, а при размыкании ее влево, то зажим вольтметра, отмеченный знаком "+", будет соединен с началом "а" фазной обмотки низшего напряжения. При обратном отклонении стрелки вольтметра зажим его, отмеченный знаком "+", будет соединен с концом "х" этой же обмотки.

 Далее зажимы фазных обмоток высшего напряжения на переменном токе (см. рисунок 3.2.в), для чего обмотку АХ соединяют последовательно с другой обмоткой высшего напряжения, а к зажимам третьей обмотки присоединяют электромагнитный вольтметр. Регулирующий реостат Rр необходим, если переменное напряжение сети А,В превышает номинальное напряжение трансформатора. Если включение 2-х полюсного выключателя вызовет значительное отклонение стрелки вольтметра, то зажим Х окажется присоединенным к зажиму А, а если его показания близки к нулю, то зажим Х будет присоединен к зажиму Y. После определения начала В и конца Y второй обмотки высшего напряжения на ее место включают третью обмотку, а вольтметр присоединяют к зажимам В и Y, а затем находят зажимы С и Z. Также размечают зажимы в, y, с, z обмоток низшего напряжения.

После соединения размеченных фазных обмоток высшего и низшего напряжений звездой или треугольником приступают к проверке группы соединения трехфазных обмоток методом постоянного тока с помощью  магнитоэлектрического вольтметра с нулем посередине шкалы и указанной полярностью его зажимов.

 

Гр 0

А,В

В,С

А,С

Гр 11

А,В

В,С

А,С

Гр 6

А,В

В,С

А,С

Гр 5

А,В

В,С

А,С

а,в

+

-

+

а,в

+

-

0

а,в

-

+

-

а,в

-

+

0

в,с

-

+

+

в,с

0

+

+

в,с

+

-

-

в,с

0

-

-

а,с

+

+

+

а,с

+

0

+

а,с

-

-

-

а,с

-

0

-

Отклонение стрелки

Отклонение стрелки

Отклонение стрелки

Отклонение стрелки

а)

б)

в)

г)

 

Подключение источника к любым двум зажимам трехфазной обмотки высшего напряжения, например А и В, при соблюдении соответствующей  полярности вызывает в момент замыкания кнопки Кн наведение в фазных обмотках низшего напряжения мгновенных э.д.с., направление которых зависит от группы соединения обмоток трансформатора. Поочередное присоединение соответствующих зажимов вольтметра к зажимам а и в, в и с позволяет установить как нулевое значение разности потенциалов, так и направление мгновенной э.д.с., считая его положительным при замыкании кнопки Кн и отклонении стрелки вольтметра вправо от нулевой отметки шкалы и отрицательным при противоположном ее смещении от нуля. Аналогичные опыты проводят при очередном подключении источника к зажимам В, С и А, С с записью девяти отсчетов в таблицу (см. рисунок 3.3).

Поскольку каждой группе соединения 3-х фазных обмоток отвечают определенные отклонения стрелки вольтметра, то по результатам  опытов можно установить принадлежность трансформатора к той или иной группе. В момент размыкания кнопки Кн э.д.с., наводимые в фазных обмотках низшего напряжения, вызывают противоположные отклонения стрелки вольтметра, что необходимо учитывать при использовании этих наблюдений для определения группы соединения обмоток трансформатора.

 

3.2  Порядок выполнения работы

 

ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТЫ СОБЛЮДАЙТЕ ОСТОРОЖНОСТЬ, т.к. измеряемые напряжения могут превышать 250В! КОММУТАЦИЮ В СХЕМЕ ПРОВОДИТЬ ТОЛЬКО ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ!

 

ВНИМАНИЕ! Перед проведением работы убедитесь, что все галетные переключатели ЛАТРов (Т1, Т1.1, Т1.3) установлены в позицию “0”. При работе с трехфазным ЛАТРом Т1 не допускается одновременное использование однофазных ЛАТРов Т1.1 и Т1.3.

 

3.2.1 Определение группы соединений фазных обмоток трансформатора Y/Y-0.

Соберите схему согласно рисунку 3.3.

Включите стенд и схему лабораторной установки переключателями S1, S8. Установите пакетным переключателем Т1, Uфаз  напряжение 130В.

Используя вольтметр V1, измерьте UАВ, Uав, UВв, UСс.

По формулам рассчитайте величины:

 

UВв  = кUав - Uав = Uав(к - 1);

UСс  = Uав(к - 1);

где К = UАВ/Uав.

Совпадение результатов расчета и эксперимента указывает, что получена группа соединений 0.

3.2.2  Для получения соединений Y/Y-6 - соберите схему, показанную на рисунке 3.4

Используя вольтметр V1 и тестер, измерьте напряжение UXy, UBy , UCz.

По формулам:

UBy = UXy (к + 1),

UCz = UXy (к + 1),

 

определить напряжения UBy и UCz. При совпадении результатов измерений и подсчетов группа соединений будет Y/Y-6.

 

3.2.3  Для получения соединения Y/D-11 соберите схему на рисунке 3.5.

Вольтметром V1 и тестером измерьте напряжение Uав, UВв, UСс. Используя формулу

UВв = UСс = Ö(1 - Ö(3 к + к2))*Uав,

 

определите UВв, UСс. Совпадение результатов расчета и эксперимента  указывает, что группа соединений Y/D-11. Если результаты измерений существенно отличаются от расчета, необходимо переставить перемычку, соединяющую 1-ые обмотки со вторичными в позицию, обозначенную пунктирной линией.

 


Подпись: 30

 

Рисунок 3.3 – Исследование определение групп соединений фазных обмоток трансформатора Y/Y-0


Подпись: 31

 


Рисунок 3.4 - Определение группы соединений фазных обмоток трансформатора Y/Y-6

Подпись: 32

 Рисунок  3.5 - Определение группы соединений фазных обмоток трансформатора Y/D-11


3.3  Обработка результатов расчета лабораторной работы

 

При анализе результатов лабораторной работы необходимо иметь в виду следующее:

1)     Группы соединения трансформаторов определяются не только схемой соединения обмоток ВН и НН, но и маркировкой их выводов (направлением намотки).

2)     Исследованные в лабораторной работе четыре группы соединений являются основными, и каждая из них  может быть  преобразована в  две производные группы соединения путем круговой перемаркировки выводов обмотки либо на стороне ВН,  либо на стороне НН; следует указать, какие производные группы соединения могут быть получены из каждой основной.

3)     Необходимо отметить, какие из групп соединения, рассмотренных в данной работе, предусмотрены ГОСТ.

 

 

3.4 Контрольные вопросы

 

3.4.1 Какие могут быть типы и группы соединения обмоток  трехфазных трансформаторов?

3.4.2 Как определяют с помощью вольтметра группу соединения  обмоток трехфазного трансформатора?

3.4.3 Чем определяется группа соединения трансформатора?

3.4.4 Какие группы соединения могут  быть получены при одинаковой схеме соединения обмоток ВН и НН?

3.4.5 Какие группы соединения называют основными, а какие – производными?

3.4.6 Каким образом из основных групп соединения можно получить производные?

3.4.7 Перечислите группы соединения, предусмотренные ГОСТ-ом, нарисуйте соответствующие им схемы соединения обмоток  и топографические диаграммы.

3.4.8 В чем состоит метод фазометра при определении группы  соединения трансформатора?

 

Список литературы

 

1. Копылов И.П. Электрические машины.-М.: Высшая школа, Логос, 2000. -607 с.

2.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В двух томах. 3-е издание. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -652 с.

3 Кацман М.М. Электрические машины. 5-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Издательский центр «Академия», 2003.-496 с.

4 Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -320 с.

5 Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. - ч. 1,2. -М.: Высшая школа, 1987.

6 Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. - ч.2 Машины переменного тока.- Л.: Энергия, 1973. - 412 с.

7 Пиотровский Л.М., Васютинский С.Б., Несговоров Е.Д. Испытания электрических машин. -ч.1.- М., Л.: Госэнергоиздат, 1960.-181с.

8 Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу.- М.: Высшая школа, 1983.- 215 с.