Изучение обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора и их соединений. Включение трансформаторов на параллельную работу

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

При работе трансформатора существенным является включение его обмоток, что определяет как величину напряжения на вторичной обмотке трансформатора, так и фазу этого напряжения. При работе трансформаторной подстанции с переменным графиком нагрузки, а также для обеспечения бесперебойного энергоснабжения часто необходимо включать трансформаторы в параллельную работу. В этом случае трансформаторы должны быть сфазированы, т. е. иметь на вторичных обмотках одинаковые напряжения с одинаковыми фазами.

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию стержневого трехфазного двухобмоточного трансформатора.

2. Научиться определять расположение обмоток на стержнях, их соединение и электрические параметры.

3. Научиться проводить фазировку параллельно включаемых трансформаторов.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1. Трехфазные двухобмоточные трансформаторы – 2 шт.

2. Автоматические выключатели – 2 шт.

3. Вольтметры электромагнитной системы 250 В, 50 В.

4. Мультиметр типа М830.

 

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходимыми для проведения работы. На стенде имеются 24 необозначенных выводов ВН и НН фаз обмоток обоих трансформаторов (слева 12 выводов одного трансформатора, справа 12 выводов другого), а также клеммы источников переменного напряжения: однофазного 36 В и трехфазного 220 В. При проведении работы маркировку выводов обмоток трансформаторов проводить только мелом, запрещается использовать для этого фломастеры, авторучки и т. д.

2. Определить выводы фаз обмоток ВН и НН.

Обмотка ВН имеет больше витков, чем обмотка НН, поэтому сопротивления ее фаз будет соответственно больше, чем фаз обмотки НН, что устанавливается измерением сопротивлений мультиметром (рис. 1).

3. Определить фазы обмоток, находящиеся на одном стержне.

Определение обмоток можно произвести с помощью схемы (рис. 2). Пониженное напряжение 36 В подается на какую-либо фазу обмотки ВН и измеряются напряжения на фазах всех обмоток НН. Более высокое напряжение будет на той фазе обмотки НН, которая находится на том же стержне, что и фаза обмотки ВН, находящаяся под напряжением. Подводя напряжение поочередно ко всем фазам обмоток ВН, можно определить все фазы обмоток, находящиеся на каждом стержне трансформатора.

Если в этом опыте напряжения на фазах обмоток НН, находящихся на стержнях с обесточенными фазами обмоток ВН будут одинаковы, то, следовательно, к напряжению подключена фаза обмотки ВН, находящаяся на среднем стержне и она должна быть промаркирована B – Y, другие фазы обмотки ВН, находящиеся на крайних стержнях A – X и C – Z. Соответствующие фазы обмотки НН промаркировать a – x, b – y, c – z.

4. Установить начала и концы фаз обмоток ВН и НН.

Принимаем, что выводы какой-либо фазы обмотки ВН, например, находящейся на левом стержне, промаркированы правильно, т.е. вывод А обмотки соответствует началу, а Х – концу. Соединяем конец Х с одним из выводов фазы обмотки ВН, принадлежащей среднему стержню, подводим напряжение 36 В к оставшимся свободным концам соединенных фаз обмоток и измеряем напряжение на фазе обмотки ВН, находящейся на правом стержне. Более высокое напряжение будет в том случае, когда первые две фазы соединены последовательно, т.е. конец Х первой фазы соединен с началом В второй фазы, что объясняется направлением магнитных потоков по стержням (рис. 3а, 3б). Таким образом, меняя концы подключения второй фазы к первой, можно провести маркировку при одинаковом направлении намотки фаз обмоток.

Определение начал и концов фаз обмоток НН можно провести точно так же.

5. Определить однополярные выводы фаз обмоток на одном стержне.

После выполнения пункта 4 маркировка концов фаз обмоток, находящихся на одном стержне, может иметь вид, показанный на рис. 4а или на рис. 4б. Для определения однополярных выводов собрать схему (рис. 5). Если вольтметр V показывает разность напряжений V1 – V2, то он присоединен к выводам одинаковой полярности и маркировка произведена верно; если вольтметр V показывает сумму напряжений V1 + V2, то он присоединен к выводам разной полярности и, следовательно, маркировку фазы обмотки НН нужно поменять местами. Так необходимо проверить правильность маркировки каждой фазы.

6. Определить группы соединения обмоток трансформаторов.

Группа соединений обмоток определяется углом сдвига фаз между вторичным и первичным линейными напряжениями и зависит от направления, в котором намотаны фазы обмотки, маркировки выводов фаз обмотки и способа соединения выводов фаз обмоток трансформатора. При определении группы соединения обмоток строятся совмещенные векторные диаграммы напряжений, на которых можно видеть угол сдвига фаз между первичным и вторичным линейными напряжениями. Группа соединений выражается не в градусах угла сдвига фаз, а числом от 1 до 12, получаемым при делении величины угла сдвига фаз на 30⁰.

При проверке группы соединения обмоток трехфазного трансформатора соединяются его два одноименных вывода, например, А и а, к первичной обмотке подводится напряжение и измеряются напряжения между любыми другими выводами первичной и вторичной обмоток, например, В и b, B и c и т.д. (рис. 6). Измеренные напряжения сравнивают с соответствующими напряжениями, полученными из расчетных формул (табл. 1), устанавливая таким образом группу соединения трансформатора.

Таблица 1

Схема и группа соединения	U Bb = U Cc, В	U bC, В	U cB, В
Y/Y - 0	U(n – 1)	U √(n ² - n + 1)	U√(n ² - n + 1)
Y/Y – 6	U(n + 1)	U√(n ² + n + 1)	U√(n ² + n + 1)
Y/Δ - 11	U √(1 - n√3 + n ²)	U√(n ² + 1)	U√(1 - n√3 + n ²)
Y/Δ - 5	U √(1 + n√3 + n ²)	U√(n ² + 1)	U√(1 + n√3 + n ²)

В таблице 1: U – напряжение фазы НН в опыте;

n = U AB/ U ab – линейный коэффициент трансформации.

Измеренные и расчетные значения напряжений свести в таблицу 2 и провести сравнение этих напряжений. При их равенстве соединения обмоток трансформатора соответствуют заданным схемам и группам, при неравенстве – не соответствуют, следовательно, при выполнении предыдущих пунктов допущена ошибка.

Таблица 2

Сх. и группа соед.   U AB, В   U ab, В U bB, В U bC, В U cB, В U cC, В расч. опыт расч. опыт расч. опыт расч. опыт Y/Y-0                     Y/Y-6                     Y/Δ-11                     Y/Δ-5                     По результатам опыта построить векторные диаграммы для каждой схемы и группы соединений.

7. Включить трансформаторы на параллельную работу

Соединить обмотки трансформаторов по схемам «звезда» при одинаковых группах соединений трансформаторов. Обмотки ВН трансформаторов соединить параллельно, т. е. соединить выводы с одинаковой маркировкой и подключить к источнику трехфазного напряжения 220 В. Соединить вместе выводы фазы а обмоток НН трансформаторов. Подать трехфазное напряжение и измерить напряжения между выводами фаз b и с трансформаторов. Если измеренные напряжения будут отличаться от нуля, то трансформаторы имеют различные схемы соединений фаз обмоток и схемы необходимо проверить и добиться нулевых показаний вольтметров (фазировка трансформаторов).

8. Ответить на вопросы

а) Что такое группа соединения и как она обозначается?

б) Какие группы соединения предусмотрены ГОСТом?

в) Как из основной группы соединения можно получить производную?

г) Как изменится линейный коэффициент трансформации, если нулевую группу соединения изменить на одиннадцатую?

д) Какие условия необходимо соблюдать при включении трансформаторов на параллельную работу?

е) Что такое фазировка трансформаторов и как она выполняется?

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

Каждый студент должен иметь ксерокопию данной лабораторной работы на листах формата А4 с одной стороны. Оформление работы производится на оборотных сторонах листов ксерокопии. Для опытов пунктов 1 – 5 приводятся маркировки выводов, полученные в результате опыта. Для пунктов 6 и 7 приводятся экспериментальные и расчетные результаты и делаются соответствующие этим результатам выводы. В пункте 6 приводятся векторные диаграммы. Ответы на вопросы должны быть выполнены письменно от руки.