MERANIE NA TRANSFORMÁTORE Elektrické stroje

Transcript

1 Technicá univerzita v Košiciach FAKLTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY Katedra eletrotechniy a mechatroniy MERANIE NA TRANSFORMÁTORE Eletricé stroje Meno : Supina : Šolsý ro : Hodnotenie Dátum Podpis

2 - 2 - Účelom meraní na transformátore je určiť straty, toré v ňom v prevádze vzniajú. Zo strát vypočítame závislosť účinnosti a úbytu napätia od zaťaženia. V transformátore vzniajú straty v železe (hysterézne a vírivými prúdmi), Joulove straty vo vinutiach a prídavné straty, toré sú spôsobené jedna nerovnomerným rozložením prúdu vo vodičoch a jedna rozptylovým magneticým toom v onštručných častiach. O súšach transformátorov hovorí norma STN Merania urobíme na transformátore so štítovými údajmi: S N 1N 2N Zo štítových údajov vypočítame nominálne prúdy transformátora SN I 1N 3 I 2N S N 3 1N 2N 3.1 MERANIE NA TROJFÁZOVOM TRANSFORMÁTORE M e r a n i e o d p o r o v v i n u t í Odpory vinutí transformátora meriame miliohmmetrom. VINTIE R [Ω] R av [Ω] R f [Ω] AB VYŠŠIEHO NAPÄTIA BC CA NIŽŠIEHO NAPÄTIA ab bc ca RAB + RBC + RCA Rav Rav R f 3 2 Strana vyššieho napätia Strana nižšie napätia R 1 f R 2 f M e r a n i e p r e v o d u n a p ä t í Prevod transformátora meriame v nezaťaženom stave (je možné ho zmerať aj pri meraní v chode naprázdno). Meriame pri zníženom napätí (asi 0,8 1N ), aby sme sa vyhli oblasti nasýtenia. 1 2 Prevod transformátora a 1 2

3 M e r a n i e n a p r á z d n o Schéma zapojenia: Obr.3.1 Postup pri meraní: Transformátor napájame zo strany vyššieho napätia pri sieťovej (menovitej) frevencii. Napätie zvyšujeme v rozpätí (0,2-1,2). N. Meriame napätie, prúdy a výon vo všetých fázach. Tabuľa nameraných a vypočítaných hodnôt: Tab. 3.1 A B C I A [A] I B [A] I C [A] P I P II P III 0 I 0 [A] P 0 P Cu P 0 Z 0 [Ω] cosφ o [-] Vyhodnotenie: Napätie naprázdno A + B + C 0 3 Prúd naprázdno I A + I B + I C I0 3

4 - 4 - Príon transformátora naprázdno P 0 P I + P II + P III Celý príon stroja sa spotrebuje na straty. V stave naprázdno prevažná časť strát sú straty v železe magneticého obvodu P Fe, toré určíme odčítaním jouleových strát vo vinutí strany nižšieho napätia od príonu naprázdno. Straty vo vinutí naprázdno 2 P Cu 3. R 1f. I 0 Straty naprázdno P Fe Po P Cu Účinní naprázdno P0 cos φ I0 Impedancia naprázdno 0 Z0 I 0 Fe Fe Obr. 3.2 Z graficých závislosti na obr. 3.2 odčítame pri nominálnom napätí N I 0... A Z 0...Ω P Fe... W cosφ M e r a n i e n a r á t o Schéma zapojenia: Obr. 3.3

5 - 5 - Postup pri meraní: Vinutie na strane nižšieho napätia je sratované dobre vodivou spojou. Vinutie strany vyššieho napätia napájame zníženým napätím od (nuly) ta, aby prúd dosiahol maximálnu hodnotu 1,2.I N. Meriame napätie, prúdy a výon vo všetých fázach.. Tabuľa nameraných a vypočítaných hodnôt: ϑ 0 oc Tab. 3.2 A B C I A [A] I B [A] I C P I [A] P II P III [W I [A] P P Cu P d P d75 P Cu75 P 75 Z [Ω] cosφ [-] Vyhodnotenie: Napätie naprázdno A + B + C 3 Prúd naráto I A + I B + I C I 3 Straty naráto P P I + P II + P III Straty vo vinutí 2 2 PCu 3 I R1 f + p R 2 f Prídavné straty (straty v mechanicých častiach transformátora) P d P - P Cu Straty vo vinutí pri teplote 75 C pre Cu vinutie PCu 75 PCu ϑ Straty prídavné pri teplote 75 C ϑ0 P d 75 P d de ϑ 0 [ o C ] je teplota oolia pri meraní. Straty naráto pri teplote 75 C P 75 P Cu75 + P d75 Impedancia naráto Z I 0

6 - 6 - Účinní naráto P cosφ 3. I Hodnoty, P Cu75, P 75, cosφ vynesieme do grafu v závislosti od prúdu naráto I K (obr. 3.4). Cu Cu Pre hodnotu prúdu I K I N odčítame Obr.3.4 N...V cosφ... P Cu75... W P W Napätie naráto N u.100% N Činná zloža napätia naráto u u.cosϕ R R Reatančná zloža napätia naráto u u sinϕ X 3.2 NÁHRADNÁ SCHÉMA TRANSFORMÁTORA Náhradná schéma trojfázového transformátora (obr.3.5) platí pre jednu fázu. Prvy náhradnej schémy transformátora určíme z merania naprázdno a naráto. Pre náhradnú schému je R 1 R 1f a prepočítame odpor R 2 R 2f na primárnu stranu podľa vzťahu R 2 ' R 2f. a2 de a je prevod transformátora. Odpor naráto R bude rovný R R 1 + R 2

7 - 7 - Obr.3.5 Pri meraní naráto predpoladáme, že straty vo vinutí sa rozdelia rovnomerne medzi vstupné a výstupné vinutie. Z nameraných charateristí naráto odčítame pre I 1 I 1N hodnoty N... V cosφ N... Impedanciu naráto určíme pri zapojení do hviezdy podľa vzťahu Z N I N Reatančnú zložu impedancie naráto vypočítame podľa vzťahu X Z sinϕ Pretože X X 1σ + X 2σ ', ta na zálade predchádzajúceho predpoladu platí X X 2 1 σ X ' 2 σ Pre ontrolu vypočítame odpor naráto R Z cosϕ Z merania naprázdno si z charateristí naprázdno odčítame pri 10 1N P 0 P Fe... W I 0... A cosφ 0... Náhradný odpor R Fe odpovedajúci stratám v železe určíme zo vzťahu R Z 0 Fe cosϕ0 Pre hlavnú (magnetizačnú) reatanciu transformátora platí X Z 0 m sinϕ0 3.3 VYHODNOTENIE ÚČINNOSTI TRANSFORMÁTORA NA ZÁKLADE MERANIA NAPRÁZDNO A NAKRÁTKO Účinnosť vypočítame zo vzťahu η 1 p (%) ν p cosϕ ν

8 - 8 - de pomerné straty naprázdno a naráto určíme : PFe P 75 p0.100% p.100% SN S N Zaťažovateľ ν vypočítame z prúdu záťaže alebo zo zdanlivého výonu záťaže I S ν potom S ν S N I N S N Tabuľa vypočítaných hodnôt: Tab. 3.3 η [%] ν S [VA] p 0 /ν ν. p K cos φ1 cos φ0,8 cos φ0,6 0,25 0,5 0,75 1 1,25 Približné priebehy účinnosti sú na obr ,25 0,5 0,75 1,00 Obr.3.6 1, ZÁVISLOSŤ ÚBYTK NAPÄTIA OD ZAŤAŽENIA Pre úbyto napätia na transformátore platí vzťah u ν.u R.cosφ + ν.u X.sinφ [%] de u R - činná zloža napätia naráto u u X - reatančná zloža napätia naráto u ν - zaťažovateľ cosφ - účinní záťaže Pre zvolený zaťažovateľ ν vypočítame úbyty napätia (tab.3.4)

9 - 9 - Tabuľa vypočítaných hodnôt: ν 0,25 0,5 0,75 1 1,25 S [VA] ν. u R [%] ν. u X [%] u [%] Tab. 3.4 cos φ1 cos φ0,8 cos φ0,6 Približné priebehy úbytu napätia u sú na obr.3.7. cosφ0,6 cosφ0,8 cosφ1 0,25 0,5 0,75 1,00 1,25 Obr PODMIENKY PARALELNEJ SPOLPRÁCE TRANSFORMÁTOROV Paralelný chod dvoch alebo viacerých transformátorov nastáva a sú transformátory spojené paralelne na strane vyššieho i nižšieho napätia. Podmieny paralelnej spolupráce: 1. Rovnaý sled fáz. 2. Rovnaý fázový posun výstupného napätia vzhľadom vstupnému napätiu - rovnaé hodinové číslo. 3. Rovnaý prevod a približne rovnaé sieťové napätia. 4. Rovnaé napätia naráto. 5. Pomer menovitých výonov paralelne pracujúcich transformátorov je menší než 3,2:1. Poznáma : Podmieny 1. a 2. musia byť vždy splnené. Rovnosť prevodu napätí (podmiena 3) musí byť splnená veľmi presne, aby nevzniol príliš veľý vyrovnávací prúd. Pri nerovnosti napätí naráto (podmiena 4) nemožno sústavu zaťažiť súčtovým nominálnym zdanlivým výonom. Transformátor s menším napätím naráto by bol preťažený. Z eonomicého hľadisa predpisuje norma minimálnu hodnotu činiteľa využitia supiny 95%.

10 SPÁJANIE VINTÍ TROJFÁZOVÝCH TRANSFORMÁTOROV V š e o b e c n é z á s a d y a p r í l a d y s p o j e n i a v i n u t í Vinutia trojfázového transformátora môžu byť spojené do hviezdy Y, y trojuholnía D, d lomenej hviezdy z Veľé písmená sa používajú pre označenie strany vyššieho napätia, malé pre stranu nižšieho napätia. Onesorenie fázora strany nižšieho napätia voči fázoru strany vyššieho napätia je násobom 30. Podľa česoslovensého návrhu (prof. Sumec) používa sa v medzinárodných eletrotechnicých normách IEC na vyjadrenie tohoto posunu hodinové číslo (30 1 hod.). Naprílad označenie Yy0 znamená, že obidve vinutia sú zapojené do hviezdy a onesorenie fázora napätia nižšej strany voči fázoru toho istého napätia vyššej strany je 0 hod. 0. Označenie Yd1 znamená, že strana vyššieho napätia je spojená do hviezdy, strana nižšieho napätia do trojuholnía. Onesorenie fázora napätia nižšej strany voči fázoru napätia vyššej strany je 1 hod. 30. Hodinový uhol označujeme číslicami od 0 po 12. V praxi sa nepoužívajú hodinové uhly 3 a 9. Prílad spôsobu reslenia a zapojenia vinutí na svorovnici je na obr. 3.8 a na obr Obr. 3.8 Obr. 3.9

11 Zásady pri reslení a určovaní hodinového čísla pri danom spojení, resp. pri zapájaní vinutí pre predpísané hodinové číslo: 1. Všety vinutia sú vinuté v tom istom zmysle. 2. Smery fázorov napätí induovaných vo vinutiach na tom istom stĺpe sú rovnaé (zmysly môžu byť opačné). Tzn. že fázory napätí tej istej fázy musia byť stále rovnobežné. 3. Šípu pri vinutí volíme ta, aby smerovala od začiatu u oncu vinutia a oniec vinutia nech je na svorovnici. Pri týchto zásadách dostaneme fázorový obrazec priamo zo spojenia, alebo naopa fázorový obrazec zostrojený podľa predpísaného hodinového čísla nám priamo určuje, toré body vinutia máme pospájať. Prílad - spojeniu na obr odpovedá označenie Dy11 a spojeniu na obr.3.11 odpovedá označenie Dd2. Obr Obr. 3.11

12 Pri spojení vinutia do lomenej hviezdy sa výsledný fázor napätia vytvára ao rozdiel fázorov napätí induovaných vo vinutiach na dvoch jadrách. Poznáma: 1. Spojenie do lomenej hviezdy sa používa len pre stranu nižšieho napätia. Napr. Yz1 (obr.3.12). a a 2.Veľosť zložie fázorov az je v sutočnosti az 0 2.cos 30 3 Obr Kombináciou spojení do hviezdy, do trojuholnía a do lomenej hviezdy sa dá dosiahnuť všetých dvanásť hodinových čísel (0 je totožná s 12 ). Poznáma: 1. Spojenia Yy, Dd, Dz dávajú len párne hodinové čísla. 2. Spojenia Yd, Dy, Yz dávajú len nepárne hodinové čísla. V praxi sa používajú tieto spojenia trojfázových transformátorov: - Yy s hodinovým uhlom 0, 6, - Dd s hodinovým uhlom 0, 2, 4, 6, 8, 10, - Yd s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11, - Dy s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11, - Yz s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11, - Dz s hodinovým uhlom 0, 2, 4, 6, 8, K o n t r o l a h o d i n o v é h o č í s l a d a n é h o s p o j e n i a. Kontrolu hodinového čísla daného spojenia môžeme urobiť meraním napätí medzi svorami transformátora a graficou onštruciou fázorových diagramov. Transformátor pripojíme na znížené napätie. Zmeráme združené a fázové napätia. Spojíme jednu svoru strany vyššieho napätia a jednu svoru strany nižšieho napätia. napr. A-a (obr.3.13). Zmeráme napätia bc a bb a môžeme naresliť fázorový obrazec. Z bodov B, C nareslíme v miere napätia bc, bb a dostaneme bod b, torý leží na ružnici opísanej z bodu A o polomere ab.

13 Obr.3.13 Úloha: 1. Pre zmerané hodnoty na obr nareslite fázorový obrazec a zapojenie transformátora (obr. 3.14) 2. Pre zadané spojenie vinutí nareslite fázorové obrazce - obr. 3.15, obr Obr Obr. 3.15

14 Obr.3.16