Исследование трехфазного трансформатора

Каждый трансформатор характеризуется номинальной мощностью, числом фаз, частотой тока, числом обмоток, их номинальными напряжениями и токами, схемой и группой соединения обмоток. Все эти величины указываются на щитке трансформатора. Термин “номинальный” может применяться и к величинам, не указанным на щитке, но относящимся к номинальному режиму: номинальный КПД, номинальные температурные условия окружающей среды и т.д.

К числу параметров, регламентируемых, как правило, для всех трансформаторов, относятся ток и потери холостого хода, напряжение и потери короткого замыкания, коэффициент полезного действия, а также изменение вторичного напряжения при номинальном режиме. Эти параметры используются при исследовании различных режимов работы трансформатора и могут быть определены на основании опытов холостого хода и короткого замыкания, входящих в число обязательных контрольных испытаний.

Потери и ток холостого хода определяют активную и реактивную мощности режима холостого хода. От напряжения короткого замыкания зависит ток в обмотках трансформатора при аварийном коротком замыкании, изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке.. Напряжение короткого замыкания учитывается также при подборе трансформаторов для параллельной работы. Потери, измеренные при холостом ходе и коротком замыкании, позволяют определить коэффициент полезного действия трансформатора (КПД) в зависимости от и величины нагрузки.

Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия и характеристиками силового трансформатора, методами экспериментального определения и расчета параметров трансформатора.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Экспериментальная часть

1. Определить коэффициент трансформации фазных напряжений.

2. Провести опыт холостого хода. Снять характеристики холостого хода:

.

3. Провести опыт короткого замыкания. Снять характеристики короткого замыкания:

.

4. Снять внешние характеристики при и .

Обработка опытных данных

1. Построить на одном графике характеристики холостого хода.

2. Построить на одном графике характеристики короткого замыкания:

3. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания рассчитать параметры схемы замещения трансформатора. Определить процентное изменение напряжения .

4. Построить внешние характеристики трансформатора.

5. Рассчитать процентное значение напряжения короткого замыкания и его активную и реактивную составляющие, процентное изменение напряжения и коэффициент полезного действия. Найти значение тока холостого хода , его активной и реактивной составляющих.

5. Построить векторную диаграмму трансформатора для случая активно-индуктивной нагрузки при номинальной нагрузке.

Экспериментальная часть

Объектом исследования является трехфазный двухобмоточный трансформатор стержневого типа с воздушным охлаждением.

Для плавного регулирования напряжения применяется трехфазный индукционный регулятор напряжения (РНТ). Активной нагрузкой трансформатора служат реостаты (R₁, R₂, R₃), а реактивной – индукционный регулятор (РНТ). До начала исследования следует ознакомиться с устройством исследуемого трансформатора и регулятора напряжения и записать в протокол номинальные данные трансформатора, указанные на щитке. Необходимо установить то положение рукоятки регулятора напряжения, при котором напряжение на его зажимах окажется наименьшим, и выяснить пределы регулирования напряжения.

Загорание лампы над пакетным выключателем говорит о наличии напряжения. В схеме стенда предусмотрена токовая защита, при ее срабатывании загорается сигнальное табло, и стенд обесточивается.

1. Определение коэффициента трансформации

и опыт холостого хода

Из опыта холостого хода определяются коэффициент трансформации, ток и потери холостого хода, а также по данным опыта находятся параметры контура ветви намагничивания схемы замещения.

Коэффициентом трансформации называется отношение ЭДС, наводимых

в первичных и вторичных обмотках трансформатора основным магнитным потоком:

.

Практически ГОСТ 16110-70 определяет коэффициент трансформации как отношение фазных напряжений на зажимах двух обмоток в опыте холостого хода:

.

Коэффициент трансформации определяется при холостом ходе по схеме рис. 1.1. Коэффициент трансформации определяется при номинальном напряжении.

Током холостого хода называется ток первичной обмотки трансформатора, возникающий в режиме холостого хода при номинальном напряжении на его зажимах. Потери, возникающие в трансформаторе при этом токе, называются потерями холостого хода.

В процессе проведения эксперимента измеряются прибором К50 (К505) фазные значения напряжения на зажимах трансформатора, тока и мощности, потреб­ляемой из сети. Запись опытных данных рекомендуется вести в форме табл. 1.1.

В начале опыта должна быть проверена симметрия измеряемых напряже­ний; если несимметрия оказывается незначительной (не более 5%), то в процессе снятия характеристик достаточно измерить U₁и U₂ для любой фазы. В противном случае следует записывать значения U₁ и U₂для всех фаз.

Рис. 1.1. Схема опыта холостого хода

Таблица 1.1.

Напряжение UHH CP=U2

Напряжение UBH CP=U1

Токи

Мощность

Ia

Ib

Ic

I0

Pa

Pb

Pc

P0

cosj0

Дел.

В

Дел.

В

Дел.

Дел.

Дел.

А

Дел.

Дел.

Дел.

Вт

Фазные напряжения в этом случае определяются следующим образом

Ток и мощность холостого хода следует измерять в каждой фазе обмотки трансформатора, так как вследствие несимметрии магнитной цепи трехфазного трансформатора токи в фазах различны. По данным измерений определяется среднее арифметическое значение тока холостого хода I₀

.

Полная активная мощность Р₀, потребляемая трансформатором, равна алгебраической сумме мощностей трех фаз

Измерение напряжения производится в пределах от 1,2U_H до 0,5U_H (снимается 5-6 точек); при этом обязательно следует одно из измерений провести при номинальном напряжении.

2. Опыт короткого замыкания

Из опыта короткого замыкания определяются напряжение и потери короткого замыкания трансформатора, а также по данным опыта находят параметры схемы замещения (активные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток).

Опыт короткого замыкания проводится по схеме рис. 1.2. Трансформатор с замкнутой накоротко вторичной обмоткой присоединяется к источнику напряжения через измерительный комплект К50. Запись полученных результатов рекомендуется вести в форме табл. 1.2.

Рис. 1.2. Схема опыта короткого замыкания

Таблица 1.2

IHH CP	Напряжение U1=UBH	Токи	Мощность
IA	IB	IC	IK	PA	PB	PC	PK	cosjK
A	В	Дел.	Дел.	Дел.	А	Дел.	Дел.	Дел.	Вт

Ток короткого замыкания изменяют в пределах от 1,2I_H до 0,5I_H (снимается 5-6 точек); одно из измерений следует провести при номинальном значении тока. Напряжение на зажимах трансформатора обычно составляет (0,05-0,15)U_H.

3. Внешние характеристики трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость вторичного напряжения от вторичного тока при постоянном первичном напряжении и постоянном коэффициенте мощности нагрузки (U₁=constиcosj₂=const).

Внешние характеристики трансформатора определяются по схеме рис. 1.3. Характеристики снимаются при активной ( ) и активно-индуктивной ( ) нагрузках. При активная и реактивная составляющие тока равны, и амперметры А₂ и А₃ должны иметь одинаковые показания. Характеристики рекомендуется снимать, начиная с холостого хода. Показания приборов заносятся в табл.1.3

Таблица 1.3

Напряжения	Токи	cosj2
U1=UBH	U2=UHH	I2а	I2P	I2
В	В	Дел.	Дел.	А