Σκοπός της Άσκησης: ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής άσκησης είναι να γνωρίσει ο σπουδαστής αφενός τις προϋποθέσεις παραλληλισμού δυο μετασχηματιστών και αφετέρου τον τρόπο επιμερισμού του φορτίου ανάμεσα σε δυο παραλληλισμένους μετασχηματιστές. 1. Παράλληλη Λειτουργία Μονοφασικών Μετασχηματιστών Πολλές φορές, όταν το φορτίο που πρέπει να τροφοδοτήσουμε ξεπεράσει την ονομαστική ισχύ του μετασχηματιστή που διαθέτουμε, συμφέρει, αντί να τον αντικαταστήσουμε με ένα μεγαλύτερο, να χρησιμοποιήσουμε ένα δεύτερο μετασχηματιστή ο οποίος θα συνδεθεί παράλληλα με τον πρώτο και θα αναλάβει ένα μέρος του φορτίου. Η παράλληλη λειτουργία μετασχηματιστών εκτός από την δυνατότητα τροφοδότησης μεγαλύτερου φορτίου έχει και άλλα πλεονεκτήματα. Μας παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία και καλύτερη απόδοση π.χ. δεν χρειάζεται να λειτουργεί ένας μεγάλος μετασχηματιστής όταν το φορτίο είναι μικρό και μπορεί να τροφοδοτηθεί από έναν μικρότερης ισχύος μετασχηματιστή. Κάνει επίσης πιο εύκολη την διαδικασία συντήρησης και αποκατάστασης βλαβών των μετασχηματιστών. Ο παραλληλισμός δυο ή περισσότερων μετασχηματιστών βέβαια δεν μπορεί να γίνει χωρίς προϋποθέσεις. Καταρχήν θα πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφευχθεί η εμφάνιση ρευμάτων βραχυκύκλωσης κατά τη φάση του παραλληλισμού. Εκτός αυτού θα πρέπει να ληφθούν υπόψη συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των μετασχηματιστών, έτσι ώστε το συνολικό φορτίο να διαμοιράζεται στους επιμέρους μετασχηματιστές με βάση τις ονομαστικές τους ικανότητες και να αποφεύγονται κατ αυτό τον τρόπο φαινόμενα υπερφόρτισης σε μερικούς από αυτούς ενώ κάποιοι άλλοι πιθανότατα να λειτουργούν κάτω από τα ονομαστικά ποσοστά φόρτισης. Προκειμένου να αποφύγουμε την εμφάνιση ρευμάτων βραχυκύκλωσης κατά τον παραλληλισμό θα πρέπει να ισχύουν τα εξής: 1. Οι μετασχηματιστές θα πρέπει να έχουν ίδιες ονομαστικές τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος 2. Οι πολικότητες των επαγόμενων τάσεων στα δευτερεύοντα των μετασχηματιστών θα πρέπει να ταυτίζονται (Ορθή Πολικότητα). Εργαστήριο Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Σελίδα 19
Για να διαμοιράζεται το συνολικό φορτίο ανάλογα με τις ικανότητες φόρτισης των επιμέρους μετασχηματιστών θα πρέπει οι μετασχηματιστές να έχουν την ίδια τάση βραχυκύκλωσης. Στην περίπτωση αυτή η κατανομή της συνολικής ισχύος στους δυο μετασχηματιστές είναι ανάλογη της ονομαστικής τους ισχύος. Αυτό προκύπτει και από την σχέση που μας δίνει την το λόγο των ρευμάτων δυο μετασχηματιστών σε παράλληλη λειτουργία, σε συνάρτηση με την ονομαστική τους ισχύ και την τάση βραχυκύκλωσης: 1 2 S S 1 2 u 2 u k 1 (3.1) Η μέγιστη επιτρεπτή απόκλιση της τάση βραχυκύκλωσης των μετασχηματιστών που πρόκειται να παραλληλιστούν δεν θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 10%. Για τον λόγο αυτό οι κανονισμοί επιτρέπουν τον παραλληλισμό μετασχηματιστών με λόγο ισχύος μικρότερο ή το πολύ ίσο με 3/1. Συνοψίζοντας λοιπόν θα λέγαμε ότι οι προϋποθέσεις για τον ασφαλή παραλληλισμό δύο μονοφασικών μετασχηματιστών είναι: 1. Ίδιες ονομαστικές τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος αντίστοιχα. 2. Να έχουν ίδια τάση βραχυκύκλωσης ή να παρουσιάζουν απόκλιση στην τάση βραχυκύκλωσης μικρότερη από 10%. 3. Ο λόγος της ισχύος των δύο μετασχηματιστών να είναι μικρότερος ή ίσος με 1/3. 4. Οι πολικότητα των επαγόμενων τάσεων στα δευτερεύοντα να είναι ιδία δηλαδή οι μετασχηματιστές να έχουν ορθή πολικότητα. Επιπρόσθετα για τον παραλληλισμό δύο τριφασικών μετασχηματιστών εκτός από τις παραπάνω συνθήκες θα πρέπει να εξασφαλιστεί ότι οι μετασχηματιστές ανήκουν στην ίδια ομάδα σύνδεσης και έχουν τον ίδιο χαρακτηριστικό αριθμό. Εργαστήριο Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Σελίδα 20
Πειραματικό Μέρος Α. Συμπληρώστε τον πίνακα 1 με τα στοιχεία των μετασχηματιστών που θα παραλληλίσετε: ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΙΣΧΥΣ S (VA) ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ Ι ΤΑΣΗ ΠΡΩΤΕΥΟΝΤΟΣ V 1N ΤΑΣΗ ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΝΤΟΣ V 2N ΤΑΣΗ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ U1κ ΙΣΧΥΣ S (VA) ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ ΙΙ ΤΑΣΗ ΠΡΩΤΕΥΟΝΤΟΣ V 1N ΤΑΣΗ ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΝΤΟΣ V 2N ΤΑΣΗ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ U1κ Β. ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ Β1. Υλοποιήστε την παρακάτω συνδεσμολογία του σχήματος 1. B2. Τροφοδοτήστε το πρωτεύον με ονομαστική τάση και μετρήστε τις τάσεις U 2I και U 2II. Βεβαιωθείτε ότι οι τάσεις είναι ίσες. Β3. Πραγματοποιήστε έλεγχο πολικότητας πριν παραλληλίσετε τους μετασχηματιστές. Ο έλεγχος γίνεται με το βολτόμετρο που είναι παράλληλα συνδεδεμένο στον διακόπτη Δ1 (σχήμα 1). Εάν η ένδειξη του βολτομέτρου είναι μηδέν οι μετασχηματιστές έχουν ορθή πολικότητα και μπορούν να παραλληλιστούν. Β4. Μετά τον έλεγχο πολικότητας κλείστε τον διακόπτη Δ1. Οι μετασχηματιστές είναι τώρα παραλληλισμένοι. Μετρήστε τα U 1N, U 2o, I 2I, I 2II και συμπληρώστε τον πίνακα 2. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 U 1N U 2O I 2I I 2II Εργαστήριο Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Σελίδα 21
B5. Κλείστε τον διακόπτη Δ2 και μεταβάλλετε το ωμικό φορτίο μέχρι ο ένας από τους δυο μετασχηματιστές να φτάσει στο ονομαστικό του ρεύμα. Μετρήστε τα U 1N, U 2o, I 2I, I 2II και Ι 2 και συμπληρώστε τον πίνακα 3. ΠΙΝΑΚΑΣ 3 U 1N U 2O I 2I I 2II Ι 2 Γ. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Γ1. Υπολογίστε το λόγο 2 2 που προκύπτει από τις μετρήσεις. από την σχέση 3.1 και συγκρίνετε με τον λόγο 2 2 Εργαστήριο Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Σελίδα 22
Εργαστήριο Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Σελίδα 23