3-f Transformátor Laboratorní cvičení č. V-3

Transkript

1 3-f Transformátor Laboratorní cvičení č. V-3 ZDÁNÍ 1. IDENTIFIKCE neoznačených vývodů cívek 2. Změřit odpory vinutí ve studeném stavu 3. Změřit převod ve spojení Yd a Yy při sníženém napětí 4. Provést ZKOUŠKU NPRÁZDNO v rozsahu % U n a z grafu vyhodnotit pro U n proud naprázdno I 0 a ztráty naprázdno P 0 5. Provést ZKOUŠKU NKRÁTKO v rozsahu % I n a z grafu vyhodnotit pro In napětí nakrátko U K a ztráty nakrátko P K 6. Určit poměrné hodnoty i 0 a u K 7. Vytvořit (1-fázové) náhradní schéma a z naměřených hodnot z bodů 4 a 5 vypočítat hodnotu všech prvků ve schématu 8. Nakreslit fázorový diagram pro In a cos = 0,8 9. Vypočítat zatěžovací charakteristiky U (P) pro různé účiníky Teoretický úvod Jádro trojfázového transformátoru je typicky troj sloupové, kde průřez všech sloupů je stejný a v každém sloupu je stejně velký mg tok, ale tyto toky jsou vzájemně o 120 časově posunuty. Součet toků je tedy v každém okamžiku nulový a není potřeba žádný sloup pro zpětný tok. Napětí v cívkách (vinutích) PRIMÁRU a SEKUNDÁRU je dáno počten závitů N1 / N2 a velikostí závitového napětí, které se rovná: U z = 4,44 f B S Fe Pozor! Všechny jednotky je třeba dosazovat v soustavě SI! d 1 IDENTIFIKCE VÝVODŮ CÍVEK VINUTÍ Musíme vyřešit 4 tajenky: Najít 6 dvojic svorek pro 6 cívek určit primární a sekundární cívky jejich uložení na jednotlivých sloupech trafa správně určit začátky a konce dvojice vyhledáme Ohmmetrem a zapíšeme do Tabulky: Svorky: R [] U [V] fáze I / II Velikosti odporů můžeme zapsat do sloupce (2) a v sloupci (9) označit I vs. II Jednu cívku budeme napájet sníženým napětím (50 V, 50Hz) nejen s ohledem na bezpečnost obsluhy, ale hlavně aby se nepřekročil údaj ze štítku (!) a napětí na ostatních cívkách zapíšeme do sloupce (3).

2 Princip měření spočívá na rozložení magnetického toku v třísloupovém jádře podle principů, jež znáte z elektrických obvodů a pro magnetický tok rovněž platí 1.KZ 30 V 60 V 30 V U = N1 dφ /dt Φ/2 Φ Φ/2 25 V 50 V 25 V U = N2 dφ /dt V případě, že napájíme střední sloup, tok se rozdělí rovnoměrně do krajních sloupů a měření musíme zopakovat s napájením krajního sloupu: 100 V 60 V 40 V U 1 = N 1 dφ /dt Φa Φb Φc 75 V 50 V 25 V Φa = Φb + Φc Φb > Φc U 2 = N 2 dφ /dt Změřením obou variant spolehlivě určíme cívky: B C a b c Pro vyřešení poslední tajenky využijeme znalost orientace napětí na stejném a nestejném sloupku podle posledního obrázku, k napájené cívce budeme postupně připojovat (do série) jednotlivé

3 další a měřit jestli se napětí sečetla, nebo odečetla, tj. zda byly ve fázi nebo v protifázi (podobně jako když řadíte do série stejnosměrné zdroje (+ / ) - (+ / ) svorky U [V] svorky U [V] a - - B - - b - - C c - - Čísla svorek hned zapisujte do schématu nahoře! z pilnosti ještě ověříme kombinace: svorky U [V] svorky U [V] B b - - C c - - už se správným zapojením polarity tak, aby se sečetly! d 2 MĚŘENÍ ODPORŮ VINUTÍ Vliv teploty vinutí se musí vzít do úvahy, po dostatečně dlouhé době je teplota vinutí a okolí vyrovnána. Teplotu okolí zaznamenat! Přepočet na dohodnutou teplotu 20 0 C a 75 0 C se pro měděné vodiče počítá z teploty 0 C takto: R20 = R 255 / (235 + ) R75 = R20 ( ) / 255 Stejnosměrný zdroj s vyhlazeným napětím Ohmova metoda. Pokud se k napájení použije akumulátor (není problém s filtrací a vyhlazením, velikost proudu se nastavuje posuvným odporem zařazeným do série. Volba velikosti proudu aby se vinutí během měření nezahřívalo a mělo teplotu okolí. (Podle ČSN při proudu 10% až 20% In) Rozpojené vinutí se měří samostatně pro každou fázi, pokud nelze rozpojit (spoj je nepřístupný uvnitř nádoby nebo spojený nerozebíratelně (svařen) je třeba zjistit spolehlivě spojení fázových vinutí, jak vidno ve Schématech 1a a 1b měřená hodnota odporu se liší pro hvězdu a trojúhelník podstatně. Procvičíme a srovnáme obě spojení Schéma 1a.: V

4 Soupis přístrojů: DC zdroj V Teplota okolí ok = 0 C vinutí I U 2R R R 20 [] [V] [] [] [] B C B BC C a b c ab bc ca R 1(20 0 ) = R 2(20 0 ) = Schéma 1b.: V Teplota okolí ok = 0 C B BC C ab bc ca I U 2/3 R R R 20 [] [V] [] [] []

5 R 1(20 0 ) = R 2(20 0 ) = d 3 MĚŘENÍ PŘEVODU Vliv proudu naprázdno na úbytek (rozdíl mezi svorkovým napětím U 1 a vnitřním napětím - indukovaným U 1i je nejmenší při napájení mezi 20% až 80 % U n Zátěž voltmetrem, který měří U 20 je třeba minimalizovat (co největším vnitřním odporem přístroje). Schéma 2.: L1 3T a B b V2 L2 L3 C c N V1 Stejné zapojení jako ve schématu 3 pro měření naprázdno, jen bez ampérmetrů a wattmetrů. Pro samotné měření naprázdno je naopak nadbytečný voltmetr na sekundární straně. Postupně nastavte cca 20, 50 a 80 % U n a vyplňte tabulku: U B U BC U C U 10 U ab U bc U ca U 20 p [V] [V] [V] [V] [V] [V] [V] [V] [---] p = U 10 / U 20 U 10 = (U B + U BC + U C ) / 3 Vypočítejte střední hodnotu převodu, srovnejte naměřený převod s převodem vypočítaným ze štítku a vysvětlete rozdíl. Kolik by bylo sekundární napětí na štítku (při U 1n ) se změřeným převodem? Jak se změní převod, když se změní spojení? Vypočítejte převod pro spojení Yd a Dy! Vyplňte do tabulky hodnoty napětí pro tato spojení:

6 Y / y Y / d D /y U1 = 3x 380 V U1 = 3x V U1 = 3x V U2 = 3x 220 V U2 = 3x V U2 = 3x V Převod se musí dodržet velmi přesně, udává se minimálně na čtyři platná místa, malá chyba v převodu dělá velký problém v paralelní spolupráci transformátorů, když se liší napětí sekundárů, které mají být propojeny. d 4 MĚŘENÍ NPRÁZDNO Měření trojfázového výkonu dvěma wattmetry (ronovo zapojení) se dá realizovat pouze v trojvodičové síti, bez středního vodiče! Schéma 3.: L1 3T 1 W1 a L2 2 V1 B b V2 L3 3 W2 C c N Soupis přístrojů: Všechny přístroje nahradí moderní 3-f NLYZÁTOR VÝKONU Tabulka naměřených hodnot NPRÁZDNO: U12 U23 U13 U 0 I1 I2 I3 I 0 P 0 cos 0 [V] [V] [V] [V] [] [] [] [] [W] --- Proudová nesymetrie je důsledek rovinného uspořádání jádra, kde střední sloup představuje kratší cestu magnetického toku a tudíž vyžaduje menší magnetické napětí.

7 Výpočty do tabulky: I 0 = (I 1 + I 2 + I 3 ) / 3 Graf: I 10 [] P 0 [W] P 0 P 0 (U) I 10 (U) I 10 0 U n U 10 [V] V grafu vyznačit nominální napětí a pro toto napětí odečíst z křivek P 0 =. W I 0 =. d 5 MĚŘENÍ NKRÁTKO Pozor na prudký nárůst proudu! Opatrně zvyšovat a sledovat mpérmetr! Začínat z nulového napětí! Schéma 4.: L1 3T 1 W1 a L2 2 V1 B b L3 3 W2 C c N

8 Tabulka naměřených hodnot NKRÁTKO: U12 U23 U13 U K I1 I2 I3 I K P K cos K [V] [V] [V] V W --- Soupis přístrojů: Graf: U 1K [V] P K [W] P K (I) P K U 1K (I) U K 0 I n I 1K [] V grafu vyznačit nominální proud a pro tento proud odečíst z křivek P K = U K = W V

9 d 7 NÁHRDNÍ SCHÉM (JEDNOFÁZOVÉ) R 1 r1 R 2 r2 I m I Fe U 1f U i1 m R Fe U 2 I 0 VÝPOČET PRVKŮ NÁHRDNÍHO SCHÉMTU Prvky podélné větve z měření nakrátko: R 2 = R 2. p 2 R K = R 1 + R 2 R K = P K / (3 I 2 n ) Z k = U Kf / I n z grafu! cos K = P k / (sqrt(3) U K I n ) k = (Z 2 k R 2 k ) ½ sin K = sqrt(1- cos 2 K ) r1 = r2 = K /2 k = Z k. sin K Prvky příčné větve z měření naprázdno: r2 = r2 / p 2 cos 0 = P 0 /(sqrt(3) U n I 0 ) I Fe = I 0 cos 0 sin 0 = sqrt (1 - cos 2 0 ) I m = sqrt(i 2 0 I 2 Fe ) I m = I 0 sin 0 R fe = U 1f /I Fe R fe = 3 U 2 1f /P 0 m = U 1f / I m POZOR! Z měření máte sdružená napětí, tam kde je ve vzorci fázové, musíte přepočítat!

10 Zkratový proud, který by se vyvinul při plném napětí na vstupu, kdyby nezafungovalo jištění a výkon zdroje by byl dostatečný: I Ktrv = U 1f / Z k Takovýto proud by vedl k nevratným změnám poškozujícím izolační systém nejen tepelně, ale i mechanicky dynamickým namáháním, které deformuje (trhá) vinutí. d 6 proud naprázdno: a napětí nakrátko: V POMĚRNÝCH HODNOTÁCH vyjádříme i 0 = (I 10 / I 1n ). 100% u K = (U 1K / U 1n ). 100% d 9 VÝPOČET ÚBYTKU NPĚTÍ PRO RŮZNÉ ÚČINÍKY cos = 0,8 IND P / Pn I 1 R K I 1 cos K I 1 sin U U 2 U 2 / U 1 [%] [] [V] [V] [V] [V] [%] cos = 1 P / Pn I 1 R K I 1 cos K I 1 sin U U 2 U 2 / U 1 [%] [] [V] [V] [V] [V] [%] cos = 0,8 CP P / Pn I 1 R K I 1 cos K I 1 sin U U 2 U 2 / U 1 [%] [] [V] [V] [V] [V] [%]

11 U 1 j K I 1 R K I 1 K I 1 sin R K I 1 cos U U 2 U 2 / U 1 [%] I 1 P/Pn [%] Kontrolní otázky: - Jak vypočítáte nominální proud ze štítku? - Jaký výkon se udává na štítku TRNSFORMÁTORU? - Označování svorek TRNSFORMÁTORU - Označování spojení vinutí - Charakteristika naprázdno - Charakteristika nakrátko - Složky proudu naprázdno - Definice napětí nakrátko - Kolik bývá velikost napětí naprázdno? - K čemu jsou vztaženy poměrné veličiny? - Kolik bývá proud naprázdno? - Jak se zapojují wattmetry pro měření 3-f výkonu? - Co je převod?