Измерение электрических величин при исследовании однофазного двухобмоточного силового трансформатора
Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. Напомним, что в силовых трансформаторах за номинальное вторичное напряжение принимают напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме х.х. при номинальном первичном напряжении.
Рисунок 4 – Внешние характеристики трансформатора
Вид внешней характеристики (рисунок 4) зависит от характера нагрузки трансформатора (cosj2). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить путем расчета для разных значений коэффициента нагрузки b и cosj2.
Под холостым ходом трансформатора понимается режим его работы при разомкнутой вторичной обмотке (рисунок 5). В этих условиях трансформатор со стороны первичной обмотки во всем подобен катушке со стальным сердечником.
Рисунок 5 – Холостой ход трансформатора
Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Zн = ∞, I2 = 0). В этом случае уравнения напряжений и токов принимают вид
Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в режиме х.х. Р0 расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм,(потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02r1, (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2-10% от I1ном , электрическими потерями I02r1, можно пренебречь и считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода (потерями в стали).
Рисунок 6 – Схемы опыта х.х. трансформаторов: а) однофазного;
б) трехфазного
Опыт х.х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рисунке 6, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке; напряжение U20 на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р0 и ток х.х. I0.
Напряжение к первичной обмотке, трансформатора обычно подводят через однофазный регулятор напряжения РНО, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15U1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов, а затем строят характеристики х.х.: зависимости тока х.х. I0, мощности х.х. Р0 и коэффициента мощности х.х. соsφ0
от первичного напряжения U1 (рисунок 7).
Рисунок 7 – Характеристики х.х. трансформатора
Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнитопровода, которое наступает при некотором значении напряжения U1.
В случае опыта холостого хода с трехфазнымтрансформатором напряжение U1 устанавливают посредством трехфазного регулятора напряжения РНТ (рисунок 6, б). Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:
Коэффициент мощности для однофазного трансформатора
для трехфазного трансформатора
где Pо' и Pо" — показания однофазных ваттметров;
U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.
По данным опыта х.х. можно определить:
коэффициент трансформации
k = U1/U20 = wl/w2;
ток х.х.приU1ном (в процентах от номинального первичного тока)
i0=(I0 ном/I1 ном)100;
потери х.х. Р0.
В трехфазном трансформаторе токи для трехфазного трансформатора х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему, поэтому мощность P0 следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рисунке 6, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. I0(r1+jx1) (рисунок 8) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:
Обычно в силовых трансформаторах общего назначения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х.х. i0=10÷0,6%.
Если же фактические значения тока х.х. I0ном и мощности х.х. P0ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличие короткозамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.
Рисунок 8 – Схема замещения трансформатора в режиме х.х.
Пример 1. На рисунке 7 приведены характеристики холостого хода (I0 ном = 20,5 А; соsφ0ном= 0,08) трехфазного трансформатора с данными: Sном=100 кВА; Ulном,/U2ном=6,3/0,22 кВ; соединение обмоток Y/Y. Определить параметры ветви намагничивания схемы замещения трансформатора zm, rm и хт и ток холостого хода при номинальном фазном напряжении на стороне обмоток НН U2ф = 127 В.
Решение. Полное сопротивление ветви намагничивания
активное сопротивление ветви намагничивания
индуктивное сопротивление ветви намагничивания
Ток холостого хода
где номинальное значение тока в обмотке НН
Здесь U2ном – линейное значение вторичного напряжения.
Опыт короткого замыкания.Короткое замыкание трансформатора – это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (zн = 0), при этом вторичное напряжение U2 = 0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.
Рисунок 9 – Схемы опыта к.з. трансформаторов: а) однофазного,
б) трехфазного
При опыте к.з. обмотку низшего напряжения однофазного трансформатора замыкают накоротко (рисунок 9, а), а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РНО до некоторого значения UK.ном, при котором токи к.з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I1к = I1ном) и вторичной (I2к = = I2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к.з.,представляющие собой зависимость тока к.з. I1к, мощности к.з. Рк и коэффициента мощности cosφк от напряжения к.з. Uк (рисунок 10).
Рисунок 10 – Характеристики к.з. трансформатора
В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рисунок 9, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:
Коэффициент мощности при опыте к.з.
cosφк= Рк/(3 Uк I1к).
При этом активную мощность трехфазного трансформатора измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к.з.
где Pк¢ и Рк¢¢ — показания однофазных ваттметров, Вт.
Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в % от номинального:
uк=(Uк/U1ном)100.
Для силовых трансформаторов uк = 5-10% от U1нoм.
Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора пропорционален первичному напряжению U1. Но так как это напряжение при опыте к.з. составляет не более 10% от U1ном, то такую же небольшую величину составляет магнитный поток. Для создания такого магнитного потока требуется настолько малый намагничивающий ток, что значением его можно пренебречь. В этом случае
а схема замещения трансформаторов для опыта к.з. не содержит ветви намагничивания (рисунок 11, а). Для этой схемы замещения можно записать уравнение напряжений
Рисунок 11– Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора в режиме к.з.
,
или
Полное сопротивление трансформатора при опыте к.з.
ZK=rK+jxk,
где rк и xк — активная и индуктивная составляющие сопротивления к.з. Zк.
Воспользовавшись уравнениями токов и напряжений, для опыта к.з. построим векторную диаграмму трансформатора (рисунок 11, б). Построение этой диаграммы начинают с вектора напряжения к.з. UK = I1KZK. Затем под углом φк к вектору Uк проводят вектор тока к.з. I1K = –I2K. Построив векторы падений напряжения в первичной обмотке I1Kr1, и jI1Kx1, и векторы падения напряжения во вторичной обмотке –I’2Kr’2 и –j I’2Kx’2,получают прямоугольный треугольник АОВ, называемый треугольником короткого замыкания. Стороны этого треугольника будут:
Здесь
где Uк.а и Uк.р – активная и реактивная составляющие напряжения к.з., В.
Полное, активное и индуктивное сопротивления схемы замещения при опыте к.з.:
Полученные значения сопротивлений rк и zк,мощности Рк,коэффициента мощности соsφк и напряжения к.з. Uк следует привести к рабочей температуре обмоток +75 °С:
где rк – активное сопротивление к.з. при температуре θ1;
α = 0,004 – температурный коэффициент для меди и алюминия.
Так как при опыте к.з. основной поток Фmах составляет всего лишь несколько процентов по сравнению с его значением при номинальном первичном напряжении, то магнитными потерями, вызываемыми этим потоком, можно пренебречь. Следовательно, можно считать, что мощность Рк,потребляемая трансформатором при опыте к.з., идет полностью на покрытие электрических потерь в обмотках трансформатора:
Мощность к.з. приводят к рабочей температуре обмоток +75 °С:
Пример 2. Результаты измерений при опыте короткого замыкания трехфазного трансформатора мощностью 100 кВА с линейными напряжениями 6,3/0,22 В, соединением обмоток Y/Y приведены в таблице 1 (напряжение подводилось со стороны ВН). Построить характеристики короткого замыкания: зависимость тока к.з. I1к, мощности к.з. Pк и коэффициента мощности cosφк от напряжения короткого замыкания Uк.
Решение. Ниже приведен расчет значений параметров опыта короткого замыкания, соответствующих номинальному (фазному) напряжению к.з. UkHOM =190 В, при котором ток к.з. Iк =I1ном=Sном/(√3 U1ном)=100/(√3·6,3)=9,15А (измерение 4 в таблице 1).
Таблица 1 – Результаты измерений
№ измере-ния | UkA, B | UkB, B | UkC, B | IkA, A | IkB, A | IkC, A | Pk, Bт |
2,9 5,1 7,2 9,2 | 3,0 5,0 7,0 9,2 | 3,1 5,0 7,2 9,1 |
Среднее (для трех фаз) значение фазного напряжения к.з.
Uк.ном = (191 +189 +190)/3 = 190 В.
Среднее (для трех фаз) значение тока к.з.
I1к = (9,2+9,2+9,1)/3=9,15А.
Параметры схемы замещения трансформатора при опыте короткого замыкания: полное сопротивление к.з. zк=Uк.ном/I1ном=190/9,15=20,8Ом; из выражения мощности к.з. Pк = I1к2rк, определим активное сопротивление к.з.:
rк = Pк /(3 I12ном) =1780/(3·9,152) = 7,1 Ом;
индуктивное сопротивление к.з.
Ом.
Приняв температуру θ1= 20 °С, полученные значения величин приводим к рабочей температуре обмоток +75 °С: активное сопротивление к. з.
rк75 = 7,1[1 + 0,004(75 - 20)] = 8,6 Ом;
полное сопротивление к.з.
Ом;
мощность к.з
Рк75 = 3I1к2rк75 = 3·9,152·8,6 =2160 Вт;
коэффициент мощности
cosφк75 = rk75 /zk75 = 8,6/21,5 = 0,40;
напряжение к.з.
Uк75 = ( I1к zк.75/Ulном)100 = (9,15·21,5·√3/6300)l00 = 5,4%.
В таком же порядке рассчитываем параметры опыта к.з. для других значений тока к.з. Результаты расчета заносим в таблицу 2, а затем строим характеристики короткого замыкания (см. рисунок 10).
Таблица 2 – Результаты расчетов
№ измерения | Uк, В | I1k, А | Рk75, ВТ | cosφk75 |
9,15 | 0,40 0,40 0,40 0,40 |
Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 2643;