Определение группы соединения трехфазного трансформатора (Лабораторная работа № 9)

Лабораторная работа № 9

Определение группы соединения

трехфазного трансформатора

     Цель работы:

-  Ознакомиться с устройством, принципом действия, назначением трехфазного трансформатора;

-  научиться измерять фазное и линейное напряжение;

-  научиться вычислять коэффициент трансформации трехфазного генератора;

-  научиться строить векторные диаграммы и по ним определять группы соединения трехфазного генератора.

     Продолжительность работы 4 часа.

     1. Сведения из теории.

1.1 Трехфазные трансформаторы

Наиболее часто применяемая конструкция магнитной цепи трехфазного трансформатора состоит из трех стержней, объединенных сверху и снизу прямыми ярмами, по которым замыкаются магнитные потоки (рис. 1).

    На стержнях располагаются обмотки отдельных фаз. Магнитные потоки, создаваемые каждой фазой, имеют одинаковую амплитуду и взаимно сдвинуты по фазе на 120° . Сумма мгновенных значений трех синусоидальных величин, взаимно сдвинутых по фазе на 120° равна нулю. Поэтому поток в одном стержне всегда равен сумме потоков в двух других стержнях трансформатора. Обмотки трансформатора можно соединить звездой или треугольником.

    Выводы обмоток высшего напряжения обозначаются большими буквами: A, B, C - начало обмоток, X, Y, Z - концы обмоток. Выводы обмоток низшего напряжения обозначаются соответственно малыми буквами: a, b, c - начала обмоток, x ,y, z - концы обмоток. Выводы соединенных вместе концов обмоток фаз, то есть нулевые точки, обозначаются соответственно О, о. Буквенные значения в схемах указываются в том порядке, в котором они представляются наблюдателю, стоящему перед трансформатором со стороны соответствующего напряжения. Порядок следования векторов на векторных диаграммах э.д.с. должен быть следующий. Вектор напряжения фазы B отстает от вектора напряжения фазы А на 120°, а вектор напряжения фазы С - на 240°.

На рисунке 2 показана векторная диаграмма трехфазного трансформатора в режиме холостого хода. Векторы магнитных потоков в стержнях , ,  образуют симметричную звезду, вследствие чего их сумма равна нулю. По этой причине магнитопровод трехфазного трансформатора не имеет четвертого замыкающего стержня (подобно тому, как нет четвертого (нейтрального) провода в трехфазных цепях при симметричной нагрузке). Только при правильном соединении первичной обмотки сумма фазных токов в трехстержневом магнитопроводе равна нулю. В противном случае результирующий магнитный поток трех фаз не равен нулю и замыкается по воздуху или баку трехфазного трансформатора (если последний имеет масляное охлаждение).

Симметричных трехстержневой трансформатор имеет небольшую магнитную несимметрию контуров, так как длина магнитной цепи, по которой замыкается поток  несколько меньше, чем для потоков  и .

Небольшая магнитная несимметрия контуров по которым проходят магнитные потоки отдельных фаз,  вызывает несимметрию токов холостого хода этих фаз. Однако несимметрия токов холостого хода существенного значения не имеет, так как при нагрузке ток холостого хода оказывает незначительное влияние на значение токов как в первичной, так и во вторичной обмотках. Следовательно при симметрии напряжения на фазах первичной обмотке и симметричной нагрузке, подключенной ко вторичной обмотке, все фазы трансформатора находятся в равных условиях и для анализа можно рассматривать работу только одной фазы, считая, что процессы в других фазах аналогичны. Для фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке справедливы формулы, полученные для однофазного тока, при подстановке в них фазных напряжений, токов, мощностей. 

В таблице 1 приведены способы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Имеются следующие группы трехфазных трансформаторов: - 12, - 11, -11. Соединения обмоток в звезду обозначаются Y, а в треугольник - D. Над чертой помещается знак, обозначающий соединение обмоток высшего напряжения, под чертой - низшего напряжения. Индекс О означает, что выведена нулевая точка.

Наиболее дешевым и простым соединением обмоток трансформатора является соединение звездой, так как в этом случае каждая из обмоток находится под фазным напряжением. Такое соединение наиболее предпочтительнее для высокого напряжения, ибо в этом случае изоляция обмоток, рассчитывается лишь на фазное напряжение; кроме того при передачи электрической энергии с ростом напряжения уменьшается ток и соединение треугольником становится относительно более дорогим.

Соединение   наиболее приемливо для  трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не требуется соединение звездой с нулевым проводом.

Поясним значения индексов 11 и 12 при условных обозначениях групп соединений трансформаторов. Между векторами линейных э.д.с. обмоток низшего напряжения и соответствующими векторами э.д.с. обмоток высшего напряжения имеется угловое смещение, зависящее от способа соединения обмоток, а также от направления э.д.с. в обмотках трансформатора, которое зависит от обозначения концов обмотки и направления намотки обмотки. Это угловое смещение обозначается числом, которое при умножении на 30° угловое смещение, принятое за единицу, дает угол смещения в градусах, между соответствующими векторами линейных э.д.с. обмоток низшего и высшего напряжений. Например, число 11 указывает, что векторы линейных э.д.с. обмотки низшего напряжения смещены относительно соответствующих векторов линейных э.д.с. обмотки высшего напряжения на 11×30=330°.