Короткі теоретичні відомості.

Лабораторна робота №2

Тема роботи: Дослідження трифазного трансформатора.

Мета роботи: ознайомитись з конструкцією трифазного трансформатора і промаркувати затискачі виводів його обмоток, визначити коефіцієнт трансформації і відношення лінійних напруг з первинної і вторинної сторін трансформатора при різних типах з’єднаня обмоток, побудувати характеристики трансформатора в функції вторинного струму при рівномірному навантаженні фаз, вирахувати номінальний і річний ККД трансформатора.

Короткі теоретичні відомості.

Для перетворення в трифазних ланцюгах електроенергії з одним співвідношенням лінійних напруг і струмів в електроенергію с другим співвідношенням цих же величин застосовуються трифазні трансформатори.

Найбільше поширення отримали стрижневі трифазні трансформатори з розсташуванням стрижнів в одній площині. На кожному з трьох стрижнів, замкнутих вверху і внизу своїм ярмом, знаходяться первинна, і вторинна обмотки однієї і тієї ж фази. Таким чином, трифазний трансформатор має 12 виводів. Початкові виводи обмоток високої напруги (ВН) позначаються прописними літерами A, B, C, кінцеві ­- X, Y, Z. для обмоток низької напруги (НН) приміняються аналогічні позначення рядковими літерами – a, b, c і x, y, z.

Обмотки високої і низької напруг можуть з’єднуватися між собою зіркою та трикутником.

При з’єднанні зіркою нейтральні точки позначаються відповідними буквами – O і o.

Таким чином, в трифазному трансформаторі можуть бути наступні типи з’єднань обмоток Y/Y, /Y, Y/A, / .

Коефіцієнт трансформації трифазного трансформатора визначають як відношення фазних напруг при холостому ході, тобто

(1)

і він може бути як менше так і більше одиниці. Відношення лінійних напруг з первинної і вторинної сторін залежить від коефіцієнта трансформації і типу з’єднання обмоток між собою. Якщо з’єднання обмоток виконано по схемі Y/Y чи / , то відношення лінійних напруг рівне коефіцієнту лінійних трансформації, тобто

(2)

При з’єднанні їх по схемі /Y

(3)

А по схемі Y/

(4)

Кожному типу з’єднання обмоток трифазного трансформатора відповідає певний кут зсуву фаз між відповідними лінійними напругами з боку високої і низької напруг. Цей кут залежить від напрямку навивки обмоток, способу маркування їх виводів і прийнятого типу з’єднання обмоток між собою.

При однаковому напрямі навивки обмоток високої та низької напруг, прийнятої стандартом, однакового маркування їх виводів і з’єднань за схемою Y/Y кут зсуву фаз вторинної лінійної напруги Uab відносно відповідного йому первинного U_ab рівний нулю (або 360⁰ = 30⁰ x 12), що дає право віднести такий трансформатор до групи 12 (рис. 6, а).

У випадку з’єднання за схемою Y/ цей же кут рівний 330⁰ = 30⁰ x 11 і трансформатор буде відноситись до групи 11 (рис. 6, б). При різному направленні навивки обмоток високої та низької

Рис. 6. Визначення кута зміщення вторинної лінійної напруги відносно відповідної первинної лінійної напруги трифазного трансформатора при з’єднанні обмоток за схемою: а - Y/Y – 12: б – X/ - 11.

напруг відповідно маємо трансформатори груп 5 і 6. Маються також трансформатори груп 1, 5 та інших. Відповідно діючим нормам стандартними групами з’єднань обмоток трифазних трансформаторів являються: Y/Y – 12, Y/A – 11 та Y/ - 11, притому, що знаком Y – позначається з’єднання зіркою з виведеною назовні нейтральною точкою.

Якщо маркування затискачів на трансформаторі відсутнє, то розмітка їх виконується за допомогою вольтметра.

Рис. 7. Визначення затискачів обмоток низької та високої напруг трифазного трансформатора.

Для цього будь-який з дванадцяти затискачів трансформатора, виведених на щиток (рис. 7), необхідно приєднати через вольтметр V до одного з проводів

однофазної мережі a – b, а інший її кінець почергово приєднувати до інших затискачів до тих пір, доки стрілка вольтметра не дасть відхилення, що буде вказувати на приналежність обох затискачів одній і тій же обмотці. Аналогічно знаходяться наступні пари затискачів, котрі належать окремим обмоткам трансформатора.

Рис. 8. Розмітка затискачів обмоток низької та високої напруг, що належать одній фазі трифазного трансформатора

Необхідно відзначити, що при підведенні проводів однофазної мережі до обмоток низької напруги відхилення стрілки вольтметра будуть великими, а при підключенні обмоток високої напруги – меншими внаслідок їх різного опору. Приналежність обмоток низької та високої напруг, що знаходяться на одному стрижні магнітопроводу, до однієї і тієї ж фази трансформатора встановлюється почерговим підключенням кожної діє напруга не вище номінальної напруги підключаємої обмотки, і вимірювання кожен раз трьох е.р.с, приведених відповідними магнітними потоками в обмотках низької напруги.

В усіх випадках обмотка низької напруги з найбільшою е.р.с буде відповідати ввімкненій обмотці високої напруги, тобто вони обидві будуть належати одній і тій же фазі трансформатора.

Після визначення затискачів, які належать обмоткам низької і високої напруги різних фаз, знаходяться їх початки і кінці. Для цього, прийнявши один із затискачів обмотки високої напруги за початок А, а інший – за кінець Х, збирають схему рис. 8, причому, що позитивний полюс акумуляторної батареї з’єднують з затискачем А.

До затискачів відповідної обмотки низької напруги приєднують вольтметр магнітоелектричної системи з нулем посередині шкали і вказаної полярності його затискачів («+» та «-»).

Якщо при замиканні кнопки К стрілка вольтметра відійде від нульової відмітки вправо, а при розмиканні її – вліво, то затискач вольтметра, відмічений знаком «+», буде з’єднаний з початком а обмотки низької напруги.

При зворотних відхиленнях стрілки вольтметра його затискач, відмічений плюсом, опиниться з’єднаним з кінцем х цієї ж обмотки.

Далі затискачі обмоток високої напруги розмічаються на змінному струмі по схемі, зображеній на рис. 9.

Рис. 9. Розмітка затискачів обмотки високої напруги трифазного трансформатора.

Для цього обмотка А – Х з’єднується послідовно з іншою обмоткою високої напруги, а до затискачів третьої обмотки приєднується вольтметр електромагнітної системи. Регулюючий реостат г_р необхідний в тому випадку, якщо напруга в однофазній мережі значно перевищує номінальну напругу обмоток трансформатора.

Якщо при ввімкненні двополюсного рубильника вольтметр покаже порівняно велику напругу, то затискач Х опиниться приєднаним до затискача В, а якщо його показники будуть близькими до нуля, то затискач Х буде приєднаний до затискача V.

Після визначення початку В і кінця Y другої обмотки високої напруги на її місце включається третя обмотка, а вольтметр приєднується до затискачів В – Y і знаходяться затискачі C і Z. Також розмічаються затискачі b – y і c – z обмоток низької напруги.

З’єднуючи відповідні обмотки низької та високої напруги зіркою чи трикутником, можна отримати різні групи їх з’єднань.

Робочі властивості трифазного трансформатора при рівномірному навантаженні фаз визначаються його характеристиками: I₁=F(I₂), U₂=F(I₂), cos =F(I₂) і =F(I₂) при U₁=const, f =const та cos ₂=const (рис. 3), які можна отримати дослідним шляхом.

Коефіцієнт потужності cos ₂ трифазного трансформатора знаходиться з співвідношення:

, де Р₁ – потужність, котра споживається трансформатором, Вт;

U_1л – середнє арифметичне значення лінійних напруг U_AB, U_BC, U_CA – первинної сторони, В;

I_Л1 – середнє арифметичне значення лінійних струмів I_A, I_B, I_С з первинної сторони, А. ККД трифазного трансформатора при будь-якому навантаженні

Визначається за формулою:

, де

- відношення заданого навантаження трансформатора до номінального;

S_н – номінальна потужність трансформатора, кВА; ₂ – коефіцієнт потужності електроприймачів; Р_х та Р_к – потужності, що споживаються трансформатором відповідно при дослідах холостого ходу і короткого замикання, кВт. Коефіцієнт визначається відношенням:

, де

I₂ – струм навантаження вторинної обмотки трансформатора, А;

I_2Н – номінальний струм вторинної обмотки, А. Річний ККД знаходиться з відношення:

, де

W₂ – енергія, віддана трансформатором в протязі одного року, кВт*год;

W_k – енергія, що відповідає річним втратам в сталі, кВт*год; W_k – енергія, що відповідає річним втратам в міді, КВт*год.

Останні величини можна знайти з виразів:

(9)

при умові, що трансформатор ввімкнений в мережу на протязі всього року (8760 год).