1.1 Měření hodinového úhlu transformátorů Cíle kapitoly: Jedním z cílů úlohy je se seznámit s reálným zapojením vstupních a výstupních svorek třífázového transformátoru. Cílem je stanovit napěťové poměry na měřeném transformátoru při jeho různém provozu (různém zapojení vinutí). Jedním z cílů také je demonstrovat, že ne všechny varianty hodinových úhlů jsou u provozu transformátoru možné. Cílem je navrhnout, zakreslit a zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto varianty poté proměřit a zkonstruovat v měřítku fázorové diagramy. Diagramy poslouží problematiku správně dokreslit a upozorní na skutečnosti, které by si studenti pouhým změřením nemuseli uvědomit. 1.1.1 Úvod a rozbor úlohy Třífázový transformátor představuje elektrické zařízení, respektive netočivý stroj, který slouží k transformaci střídavého napětí a proudu. Třífázový transformátor bývá proveden tak, aby byl ve fázích souměrný. V rámci teoretického náhledu, lze souměrně zatížený (každá fáze) transformátor nahradit článkem typu T nebo Γ, což usnadňuje stanovení provozních parametrů a stavů. Základní parametry jako je například jmenovitý výkon, jmenovité napětí primárního a sekundárního vinutí bývají zpravidla uvedeny na štítku přístroje a další parametry se určují na základě různých provozních stavů, tj. měření naprázdno a nakrátko. Pro jednotné zapojování svorek transformátoru byl zaveden pojem skupina spojení, takzvaný hodinový úhel. Příklad zapojení svorek (vinutí) transformátoru je naznačeno na následujícím obrázku Obr.1.1 a Obr.1.2. Obr. 1.1: Ukázka svorkovnice transformátoru 1100VA Yy0 a jeho zapojení Lze konstatovat, že tento hodinový úhel je důležitý pro paralelní chod transformátorů a je definován jako fázový posun mezi fázory vstupního a výstupního napětí (od vyššího k
nižšímu) stejné fáze. Tento úhel je vyjádřený v hodinách a jedna hodina odpovídá 30. Různých hodnot hodinového úhlu lze tak dosáhnout vnitřním spojováním konců (začátků) vinutí jednotlivých fází. Samotné označení spojení fází (štítková hodnota) se skládá ze dvou písmen a jednoho číselného údaje. První velké písmeno značí typ zapojení primárního vinutí (Y hvězda, D trojúhelník), druhé písmeno představuje typ zapojení sekundárního vinutí (y hvězda, d trojúhelník, z lomená hvězda) a číslice představuje hodnotu hodinového úhlu. Při spojení do lomené hvězdy je vinutí každé fáze rozděleno na dvě poloviny. Obě poloviny jsou pak umístěny na dvou sousedních jádrech. Aby se indukovaná napětí správně geometricky sčítala. Zapojení do lomené hvězdy se používá jen na straně nižšího napětí při nerovnoměrném zatížení transformátoru. Obr. 1.2: Ukázka svorkovnice transformátoru 1100VA Yy1 a jeho zapojení Při konstrukci jednotlivých zapojení, respektive hodinových úhlů, je nutné vinutí kreslit v rozvinutém tvaru a za kladný směr indukovaného napětí je považován směr od svorky - Začátek (různá označení 0 nebo z) ke svorce Konec (různá označení 1 nebo k). Příklad zapojení: Dy1 znamená, že strana vyššího napětí je zapojena do trojúhelníku, strana nižšího napětí do hvězdy a hodinový úhel je 1 hodina. Při zapojování a kreslení začínáme od strany vyššího napětí (primární vinutí). Grafické znázornění tohoto příkladu zapojení ukazuje následující obrázek Obr. 1.3.
Obr. 1.3. Zapojení vinutí na svorkovnici a stanovení hodinového úhlu Obr. 1.4. Zapojení transformátoru přes autotransformátoru AT Další reálné příklady zapojení transformátorů jsou: Dd: 0 1 2 4 6 8 10 Dy: 5 7 11 Dz: 0 2 4 6 8 10
Yd: 1 5 7 11 Yy: 0 6 Yz: 1 5 7 11 1.1.2 Úkol měření Úkolem je stanovit napěťové poměry na měřeném transformátoru při jeho různém provozu (různém zapojení vinutí). Jedním z cílů také je demonstrovat, že ne všechny varianty hodinových úhlů jsou u provozu transformátoru možné. Úkolem je navrhnout, zakreslit a zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto varianty poté proměřit a zkonstruovat v měřítku fázorové diagramy. 1.1.3 Použité měřicí přístroje a komponenty - Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yy0 - Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yz1 - Digitální multimetr ruční, stolní - Autotransformátor - Propojovací kabely 1.1.4 Postup měření 1. Dle Obr 1.3. a dle Obr. 1.4 zapojte pracoviště a vinutí transformátoru tak, aby odpovídalo zapojení Dy1 a tak aby, transformátor nebyl napájen napětím přímo ze sítě, ale bude využito regulačního prvku, v podobě autotransformátoru AT. 2. Propojte svorky Aa (tj. napětí U Aa = 0 V). 3. Správnost zapojení měřícího pracoviště nechte zkontrolovat vyučujícím. 4. Pomocí autotransformátoru AT nastavte sníženou hodnotu napětí. Hodnotu sníženého napětí určí vyučující. Hodnotu nastavovaného napětí kontrolujte pomocí digitálního multimetru (viz. Obr.1.4.). 5. Pomocí dalšího digitálního multimetru proměřte jednotlivé kombinace napětí napětí U AB, U AC, U BC, U Ab, U Bb, U Cb, U Ac, U Bc, U Cc,. U Aa = 0 (propojené svorky) a hodnoty vyneste do vytvořené tabulky pro daný typ zapojení vinutí transformátoru. 6. Z naměřených hodnot sestrojte ve vhodném měřítku fázorový diagram (viz. Obr. 1.3) a naznačte daný hodinový úhel. 7. Postup opakujte pro dalších pět způsobů zapojení vinutí transformátoru, vč. zapojení lomená hvězda. 1.1.5 Zpracování výsledků Vypracujte protokol o měření. Hlavním výstupem protokolu budou změřené hodnoty napětí pro jednotlivé druhy zapojení vinutí transformátoru. Hodnoty budou přehledně uvedeny v tabulkách. Dále budou pro jednotlivé druhy zapojení sestrojeny fázorové diagramy s naznačeným hodinovým úhlem. Při grafickém zpracování použijte vhodné měřítko a případné odchylky od teoretických hodnot zdůvodněte.
1.1.6 Kontrolní otázky 1. Co je to transformátor? 2. Popište základní princip transformátoru. 3. Vyjmenujte hlavní části transformátoru. 4. Popište rozdíl mezi jádrovým a plášťovým transformátorem. 5. Vysvětlete, co jsou to spojky a jádra. K čemu slouží? 6. Co je to ideální transformátor? 7. Nakreslete ideální transformátor. 8. Vysvětlete princip činnosti ideálního transformátoru. 9. Co je to převod transformátoru? 10. Vysvětlete účinnost transformátoru. 11. Co je hodinový úhel transformátoru? 12. Nakreslete několik základní zapojení vinutí trojfázového transformátorů.