Лабораторная работа № 2 Исследование способов включения трехфазных трансформаторов

Другие лабораторные по этому курсу Вы можете найти по ссылке >>>>>

Вариант 01

Вариант 02

 

Вариант 05

 

Вариант 09

 

 

2.1 Цель работы

 

Изучение особенностей трехфазных трансформаторов при соединении обмоток звездой, треугольником и зигзагом.

 

2.2 Литература

 

1 Электропитание устройств связи: Учебник для вузов / А.А.Бокуняев, В.М. Бушуев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь,1998. – 328 с.: ил.

2 Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. – 463 с.

3 Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг. М.: Энергия, 1977. – 296 с.

 

2.3 Пояснения к работе

 

Под многофазной системой понимается совокупность нескольких электрических цепей, в которых действуют э.д.с. переменного тока одной и той же частоты, но сдвинутые друг относительно друга по фазе. Число цепей, входящих в многофазную систему, называют числом её фаз. Наибольшее распространение на практике получили трехфазные связанные системы, между фазами которых имеется электрическая (гальваническая) связь. При таком соединении фазные ЭДС сдвинуты на угол 120⁰ _.

Трехфазная система может быть образована двумя способами: соединением фаз звездой, когда концы фаз соединены между собой, а начала фаз свободны и соединением фаз треугольником, когда конец одной фазы соединяется с началом другой, образуя замкнутый треугольный контур.

При соединении звездой линейные (I_Л) и фазные токи (Iф) одинаковы, потому что для тока, проходящего через фазную обмотку, нет иного пути, кроме линейного провода. Линейные напряжения (U_Л) больше фазных (Uф) в раз (рисунок 2.1).

 

 

 

Рисунок 2.1 – Соединение обмоток звездой. Векторная диаграмма

При соединении треугольником U_Л = Uф потому, что каждые два линейных провода присоединены к началу и концу одной из фазных обмоток   (рисунок 2.2), а все фазные обмотки одинаковы. Линейные токи I_Л = Iф.

Мощности   в   трехфазной   цепи   не   зависят   от   схемы соединения   и

 

определяются выражениями: – полная;

–    активная;     – реактивная, где j — угол сдвига фаз между напряжением и током.

 

 

 

Рисунок 2.2 – Соединение обмоток треугольником

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 – Соединение обмоток зигзагом. Векторная диаграмма.

 

 

Соединение зигзагом (рисунок 2.3)   применяют,   чтобы   неравномерную

нагрузку вторичных обмоток распределить более равномерно между фазами первичной сети, а также для расщепления фаз при создании многопульсных выпрямителей и других специальных схем.

В этом случае вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: первая половина расположена на стержне одной фазы, вторая – на

стержне другой фазы. Конец полуобмотки, например х₁ соединен с концом y₂ и т.д. Начала полуобмоток а₂, b₂ и с₂ соединены и образуют нейтраль. К началам а₁, b₁, с₁ присоединяют линейные провода вторичной сети (нагрузку).

Сдвиг фаз между э.д.с. первичной и вторичной цепей принято выражать группой соединения трехфазного трансформатора. При определении группы соединения обмоток трансформатора пользуются циферблатом часов. Линейный вектор обмотки высшего напряжения (ВН) соответствует минутной стрелке циферблата часов и устанавливается на цифру 12, часовая стрелка соответствует линейному вектору ЭДС обмотки низшего напряжения (НН) и

ее поворот по отношению к обмотке ВН определяет номер группы и угол поворота a = n _*30, где n – номер группы.

Определим группу соединения обмоток трансформатора для соединения «звезда –  звезда»     (рисунок 2.4, а).       Для     построения     диаграммы

 

 

Рисунок 2.4 – Группы соединения трехфазного трансформатора

 

условно объединяем одноименные выводы обмоток первичной (С) и вторичной (с) цепей трансформатора. Из построения видно, что номер группы соединения равен n = 180°/30° = 6 . Определим группу соединения обмоток трансформатора для соединения «звезда – треугольник» (рисунок 2.4 б.). Для построения диаграммы условно объединяем одноименные выводы обмоток первичной (А) и вторичной (а) цепей трансформатора. Из построения видно, что номер группы соединения равен n = j/30° =30°/30° = 1 .

 

2.4 Описание моделей трехфазного трансформатора

 

Модель трехфазного трансформатора при включении звездой или треугольником показана на рисунке 2.5.

 

 

Рисунок 2.5 – Модель трехфазного трансформатора при включении звездой или треугольником (файл Trans3.1).

 

 

Модель содержит:

• первичный источник переменного трехфазного напряжения UA,UB,UC;
• исследуемый трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных Т1, Т2, Т3, вторичные обмотки которого могут соединяться звездой или треугольником переключателями S1, S2, S3;
• нагрузочные резисторы RH, коммутируемые переключателями S4, S5, S6 в звезду или треугольник (в каждой фазе резисторы RH приняты одинаковыми);
• вольтметры U2 и Ubc служат для измерения фазного и линейного напряжений на вторичной стороне трансформатора;
• амперметры I1, I2 и IL соответственно измеряют фазный ток первичной обмотки, вторичной и линейный ток;
• осциллограф предназначен для измерения угла сдвига фаз между напряжением и током.

Модель трехфазного трансформатора при включении зигзагом приведена

на рисунке 2.6.

 

 

Рисунок 2.6 – Модель трехфазного трансформатора, включенного

зигзагом (файл Trans3.2)

Модель содержит:

• генераторы напряжения переменного тока (UA, UB, UC);
• две части обмотки вторичной цепи трансформатора в каждой фазе (фаза а – Т11, Т12; фаза b – Т21, Т22; фаза c – T31, T32);
• измерительные приборы U21, U22 UPE3 для определения напряжения на первой, второй частях вторичной цепи и результирующего напряжения;
• осциллограф – для измерения фазового сдвига между напряжением генератора и UPE

 

2.5 Порядок выполнения работы

 

1 В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выберите исходные данные из таблицы 2.1 и запустите файл Trans 3.1.

Таблица 2.1 – Исходные данные для трехфазного трансформатора

 

Параметры	Номер бригады
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U1 ,   В	127	220	160	210	150	200	240	180	190	230
f,       Гц	60	50	100	200	80	90	120	70	90	50
N	2	2,5	2	3	2	2,5	1,5	3	2	1,5
R1,   Ом	10	20	10	12	15	20	30	15	20	30
R2,    Ом	4	2	3	3	5	4	5	5	4	5
RH,  Ом	100	40	120	35	150	60	160	150	80	100

 

2  Задайте напряжения генераторов UA=UB=UC=U1 и частоту, открыв последовательно окна этих источников напряжения переменного тока (рисунок 2.7).

 

 

Рисунок 2.7 – Окно источника переменного тока

 

• Задайте параметры модели трансформатора, для этого двойным щелчком

по значку трансформатора откройте панель Transformer Properties. Нажмите EDIT, открывается панель Sheet1 (рисунок 2.8) с основными характеристиками трансформатора,

 

Рисунок 2.8 – Панель Sheet1 модели трансформатора

 

где N – коэффициент трансформации (задается в соответствии с вариантом ); R1,R2 – сопротивления обмоток; LE – индуктивность рассеяния (LE = 0,1 Гн); LM – индуктивность намагничивания (LM = 5 Гн). После установки параметров выход через клавишу ОК.

 

4 Выполните соединение вторичных обмоток трансформатора звездой с помощью переключателей S1, S2 и S3, используя клавиши 1,2 и 3. Способ соединения нагрузки (звезда или треугольник) должен соответствовать способу соединения   вторичных обмоток. Коммутация нагрузки выполняется посредством переключателей S4, S5 и S6.

5   Включите схему клавишей в правом верхнем углу экрана. Подождите, пока установятся показания приборов и запишите их. Проверьте соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями.

Постройте в масштабе векторную диаграмму, используя схему исследуемой модели и показания приборов. Определите группу соединения трехфазного трансформатора.

С помощью осциллографа измерьте угол сдвига между напряжением и током, потребляемым от сети (j₁) в одной фазе А. Для этого увеличьте чувствительность по каналу В, подведите визирные линии как показано на рисунке 2.9 и запишите интервал времени T2 – T1.

 

 

Рисунок 2.9 – Определение фазового сдвига

 

Для нахождения фазового сдвига в градусах, необходимо измерить период напряжения или тока T . Тогда угол в градусах равен   .

6     Определите полную и активную потребляемые мощности и КПД трехфазного трансформатора:

(нагрузка активная!).  Результаты измерений и расчетов сведите в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты определения КПД трансформатора

 

Измеренные параметры					Расчетные параметры
U1   В	I1 А	cosj1	U2 В	I2    А	P1 Вт	S2 ВА	h %
x	x	x	x	x	x	x	x

7 Выполните соединение вторичных обмоток трансформатора треугольником с помощью переключателей S1, S2 и S3, используя клавиши 1,2 и 3. Способ соединения нагрузки (звезда или треугольник) должен соответствовать способу соединения   вторичных обмоток. Коммутация нагрузки выполняется посредством переключателей S4, S5 и S6.

8   Повторите пункты 5 и 6. Все результаты запишите в отчёт.

9 Запустите файл Trans 3.2.

Установите параметры генераторов (U1, f) и трансформаторов (R1, R2, N) согласно таблице 2.1, RH=500 Ом для всех вариантов.

11 Включите схему. Запишите показания вольтметров: U21, U22 и UРЕЗ. Измерьте фазовый сдвиг (j) между вектором напряжения первичной обмотки и результирующим вектором напряжения на вторичной обмотке при помощи осциллографа. Постройте в масштабе векторную диаграмму. Пример построения векторной диаграммы приведён на рисунке 2.10.

 

 

 

Рисунок 2.10 – Построение векторной диаграммы

 

Измеренный фазовый сдвиг (j) между вектором напряжения первичной

обмотки и результирующим вектором напряжения должен совпадать с углом, полученным в результате построения по измеренным напряжениям: U21, U22 и UРЕЗ. Обоснуйте погрешность, полученную по результатам построения.

 

• Результаты работы

 

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

 

• Контрольные вопросы

 

1  Какие существуют способы соединения обмоток трехфазных трансформаторов?

2 Какие мощности различают в сетях переменного тока?

• Какое соотношение витков первой и второй части вторичной обмотки трансформатора, соединенного в зигзаг, необходимо выполнить, чтобы получить фазовый сдвиг между векторами U₂₁ и Uрез, равным   30⁰ ?
• Укажите известные ВАМ способы охлаждения трансформаторов.
• Что называется коэффициентом трансформации? Как определить его опытным путем?
• Как изменятся потери в магнитопроводе трансформатора при переключении первичной обмотки со звезды на треугольник?
• Почему ток холостого хода несинусоидален при синусоидальном приложенном напряжении?
• Почему в режиме холостого хода трехстержневого трансформатора токи в фазах А и С отличаются от тока в фазе В (предполагается, что фаза В размещена на среднем стрежне)?
• Как Вы будете снимать внешние характеристики трансформатора? От чего зависит наклон внешних характеристик?
• Почему по обмотке, соединенной треугольником, протекает ток не только основной, но и тройной частоты, не зависящий от нагрузки?
• Каков принцип определения токов в первичной цепи трансформатора при разных схемах соединения обмоток, если известны токи нагрузки?
• По какой схеме соединяют первичную обмотку группового трансформатора, если вторичные обмотки соединены в Y₀? Почему?
• Как изменится ток холостого хода при увеличении зазора в местах стыка магнитопровода?