Параллельная работа трехфазных трансформаторов
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование параллельной работы трехфазных трансформаторов, нагруженных активно-индуктивной нагрузкой
ПРОГРАММА РАБОТЫ.
1. Знакомство с виртуальным оборудованием, используемым для моделирования трансформатора: Lab.Tr3f2
1.1. Источник переменного напряжения “Inductive source with neutral” из библиотеки Power System Blockset / Electrical Sources ;
1.2. Измерители напряжения V1, V2 и измерители тока I1, I2 в первичной и вторичной цепях трансформатора “Measur.1” и “Measur.2” Power System Blockset /Measurement;
1.3. Трехфазная нагрузка, задаваемая величинами активной и реактивной мощности (3-Phase RLC Parallel Load);
1.4. Исследуемые трансформаторы [Three-phase Transformer (Two Windings)].
1.5. Измерители активной и реактивной мощности в первичной и вторичной цепях трансформатора (P1, Q1; P2Q2 Active & Reactive Power) из библиотеки Power System Blockset / Electrical Sources / Extras/ Measurement
1.6. Блок пользователя (Powergui), который измеряет значения V1,V2,I1,I2.
1.7. Блоки Display для количественного представления измеренных мощностей во вторичной цепи являются блоками главной библиотеки Simulink/Sinks.
2. Определение паспортных данных трансформаторов (потери холостого хода ∆Р0, короткого замыкания ∆Рк, тока холостого хода I0 и напряжения коротко-го замыкания Uк) по режимам холостого хода и короткого замыкания).
Вариант № __
1.1 Паспортные данные обоих трансформаторов.
напряжение первичной обмотки (высокое);
мощность потерь короткого замыкания (КЗ);
мощность потерь холостого хода (ХХ);
ток ХХ;
Первый трансформатор:
номинальная мощность трансформатора;
напряжение короткого замыкания (КЗ);
коэффициент трансформации;
Второй трансформатор:
номинальная мощность трансформатора;
напряжение короткого замыкания (КЗ);
коэффициент трансформации.
2. Расчет параметров схемы замещения трансформатора.
| ПЕРВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР | ВТОРОЙ ТРАНСФОРМАТОР | |
| 1. | Номинальное напряжение вторичной обмотки: | |
|
| |
| Номинальное напряжение фазы: | ||
|
 3629,06 
| |
| 3. | Наименьший ток первичной обмотки: | |
 0,84 
|
| |
| 3. | Наименьший ток вторичной обмотки: | |
|
| |
| 4. | Мощность потерь КЗ: | |
|
 =
| |
| 5. | Активное сопротивление КЗ: | |
|
| |
| 6. | Напряжение КЗ: | |
|
| |
| 7. | Полное сопротивление КЗ: | |
| 
| |
| 8. | Базовое сопротивление: | |
| 
= 
| |
| 9. | Активное сопротивление схемы замещения: | |
|
| |
| 10. | Индуктивное сопротивление схемы замещения: | |
|
| |
| 11. | Индуктивное сопротивление КЗ: | |
|
| |
| 12. | Индуктивное сопротивление обмотки: | |
|
| |
| 13. | Ток ХХ: | |
|
| |
| 14. | Потери ХХ: | |
|
| |
| 15. | Активное сопротивление ХХ: | |
| 
| |
| 16. | Полное сопротивление ХХ: | |
|
| |
| 17. | Индуктивное сопротивление ХХ: | |
 =3,93  Ом
| 
 =
| |
| 18. | Активное сопротивление ветви намагничивания: | |
|
| |
| 19. | Индуктивное сопротивление ветви намагничивания: | |
|
|
3. Проведение опытов с активно-индуктивной нагрузкой трансформаторов
Проведение опытов с активно-индуктивной нагрузкой трансформаторов и снятие внешних характеристик при коэффициенте мощности равным 0.8 (cosφ =0.8):
3.1 Снятие индивидуальные измерения характеристик трансформаторов
Таблица 1 - Фактические данные первого трансформатора
| № опыта | Измерения | Вычисления | |||||||||
| Ua | Ub | Uc | Ia | Ib | Ic | U2, В | ∆U2, В | I2, А | β1 | ||
| 0,00 | |||||||||||
| 0,5 | 5,97 | 5,97 | 5,97 | 133,38 | 5,97 | 0,41 | |||||
| 11,7 | 11,7 | 11,7 | 261,38 | 11,7 | 0,81 | ||||||
| 1,5 | 383,38 | 1,17 |
Таблица 2 - Фактические данные второго трансформатора
| № опыта | Измерения | Вычисления | |||||||||
| Ua | Ub | Uc | Ia | Ib | Ic | U2, В | ∆U2, В | I2, А | β2 | ||
| 0,71 | |||||||||||
| 0,5 | 9,2 | 9,2 | 9,2 | 144,71 | 9,2 | 0,4 | |||||
| 280,71 | 0,78 | ||||||||||
| 1,5 | 26,43 | 26,43 | 26,4 | 411,71 | 26,43 | 1,15 |
Примеры вычислений приведены для таблицы 1 (при k = 0,5):
Для таблицы 2 аналогичные расчеты.
Рисунок 1. График внешних характеристик обоих трансформаторов (табл.1 и 2)
3.2 Опыт с подключением двух трансформаторов параллельно
3.2.1. с одинаковыми коэффициентами трансформации и разными напряжениями короткого замыкания;
Таблица 3 - Данные опыта параллельно работающих трансформаторов с одинаковыми коэффициентами трансформации и разными напряжениями короткого замыкания
| К | Измерения | ||||||
| U21, В | I21, А | I22, А | P∑1, Вт | P∑2, Вт | Q∑1, ВА | Q∑2, ВА | |
| 0,5 | 8,18 | 9,5 | 7,56E+04 | 8,34E+05 | 1,12E+05 | ||
| 14,16 | 16,94 | 1,70E+05 | 1,38E+05 | 2,35E+05 | |||
| Копт. = 1,05 | 14,73 | 17,87 | 1,08E+06 | 1,44E+04 | 2,47E+05 | ||
| 1,5 | 19,89 | 24,41 | 2,57E+05 | 1,89E+05 | 3,47E+05 |
| К | Вычисления | |||||||||
| P∑НАГР, Вт | Q∑НАГР, Вт | IУР, А | ∑ Iнагр, А | SНАГР, кВА | kнагр | ZНАГР | Z∑ | β1 | β2 | |
| 0,5 | 17,68 | 0,46091 | 0,56 | 0,41 | ||||||
| 31,1 | 0,79276 | 0,97 | 0,74 | |||||||
| 1,05 | 1E+06 | 32,6 | 0,82921 | 1,01 | 0,78 | |||||
| 1,5 | 44,3 | 1,10472 | 1,37 | 1,06 |
Примеры расчетов для таблицы 2.1. (при к опт= 1,05)
Рисунок 2. Графики снятия внешних характеристик (табл. 3)
3.2.2. с разными коэффициентами трансформации и напряжениями короткого замыкания;
Таблица 4 - Данные опыта параллельно работающих трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и одинаковыми напряжениями короткого замыкания
| К | Измерения | ||||||
| U21, В | I21, А | I22, А | P∑1, Вт | P∑2, Вт | Q∑1, ВА | Q∑2, ВА | |
| -6,38 | 6,39 | -9,66E+04 | 9,68E+04 | -7,84E+04 | 7,84E+04 | ||
| 0,5 | 0,81 | 15,6 | 8,89E+03 | 2,03E+05 | -1,26E+04 | 2,18E+05 | |
| 6,34 | 24,7 | 1,08E+05 | 3,02E+05 | 4,83E+04 | 3,48E+05 | ||
| 1,05 | 6,93 | 25,6 | 1,17E+05 | 3,11E+05 | 5,39E+04 | 3,60E+05 | |
| 1,5 | 12,2 | 33,3 | 1,97E+05 | 3,91E+05 | 1,04E+05 | 4,65E+05 |
| № | Вычисления | |||||||||
| P∑НАГР, Вт | Q∑НАГР, Вт | IУР, А | ∑ Iнагр, А | SНАГР, ВА | kнагр | ZНАГР | Z∑ | β1 | β2 | |
| 0,01 | 0,27 | -0,44 | 0,28 | |||||||
| 0,5 | 211 689 | 205 455 | -2 | 16,41 | 0,44 | 0,06 | 0,68 | |||
| 409 560 | 395 970 | -3 | 31,03 | 0,81 | 0,44 | 1,08 | ||||
| 1,05 | 427 650 | 413 640 | -3 | 32,48 | 0,85 | 0,48 | 1,11 | |||
| 1,5 | 587 970 | 568 560 | -5 | 45,5 | 1,17 | 0,84 | 1,45 |
Примеры расчетов для таблицы 4. (при Копт= 1,05)
Рисунок 3. Графики снятия внешних характеристик (табл. 4)
3.2.3. с разными коэффициентами трансформации и разными напряжениями короткого замыкания;
Таблица 5 - Данные опыта параллельно работающих трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и разными напряжениями короткого замыкания
| № | Измерения | ||||||
| U21, В | I21, А | I22, А | P∑1, Вт | P∑2, Вт | Q∑1, ВА | Q∑2, ВА | |
| 9,45 | -9,4 | 1,35E+05 | -1,34E+05 | 1,11E+05 | -1,11E+05 | ||
| 0,5 | 15,51 | 2,15 | 2,15E+05 | -5,73E+04 | 1,92E+05 | 4,87E+04 | |
| 0,95 | 20,76 | 7,7 | 2,99E+05 | 4,99E+04 | 2,11E+05 | 1,26E+05 | |
| 21,25 | 8,4 | 3,05E+05 | 5,71E+04 | 2,16E+05 | 1,37E+05 | ||
| 1,5 | 26,87 | 16,5 | 3,81E+05 | 1,43E+05 | 2,62E+05 | 2,46E+05 |
| № | Вычисления | |||||||||
| P∑НАГР, Вт | Q∑НАГР, Вт | IУР, А | ∑ Iнагр, А | SНАГР, кВА | kнагр | ZНАГР | Z∑ | β1 | β2 | |
| 1,50E+02 | 0,00E+00 | 0,002 | 0,00 | 0,65 | -0,41 | |||||
| 0,5 | 1,58E+05 | 2,40E+05 | 0,589 | 0,45 | 1,07 | 0,09 | ||||
| 0,95 | 3,49E+05 | 3,38E+05 | 0,967 | 0,71 | 1,43 | 0,34 | ||||
| 3,62E+05 | 3,52E+05 | 1,01 | 0,74 | 1,46 | 0,37 | |||||
| 1,5 | 5,24E+05 | 5,08E+05 | 1,51 | 1,05 | 1,85 | 0,72 |
Примеры расчетов для таблицы 5. (при к= 1)
Рисунок 4. Графики снятия внешних характеристик (табл. 5)
3.2.4. два однотипных трансформатора с разными группами соединений
Таблица 6 - Данные опыта параллельно работающих однотипных трансформаторов с разными группами соединений (У/У-0 и У/Д-11)
| Таблица 2.4 | |||
| № | Измерения | ||
| U21, В | I21, А | I22, А | |
| -144 | |||
| 0,5 | -144 | ||
| -143 | |||
| 1,5 | -142 |
Рисунок 5. Графики снятия внешних характеристик
3.2.5. два трансформатора с выбранными оптимальными переключениями в анцапфах обоих трансформаторов
Таблица 7 - Данные опыта параллельно работающих трансформаторов в оптимальных режимах
| № | Измерения | ||||||
| U21, В | I21, А | I22, А | P∑1, Вт | P∑2, Вт | Q∑1, ВА | Q∑2, ВА | |
| -1,09 | 1,09 | -3,18E+03 | 3,20E+03 | 2,03E+04 | -2,03E+04 | ||
| 0,5 | 12,9 | 1,80E+05 | -8,29E+04 | 1,39E+05 | -4,42E+04 | ||
| 4,9 | 25,9 | 2,14E+05 | 1,69E+05 | 1,38E+05 | 2,34E+05 | ||
| 1,025 | 5,13 | 26,5 | 1,94E+04 | 3,83E+05 | 9,15E+04 | 2,97E+05 | |
| 1,5 | 6,95 | 38,5 | 2,97E+05 | 2,58E+05 | 1,89E+05 | 3,47E+05 |
| № | Вычисления | |||||||||
| P∑НАГР, Вт | Q∑НАГР, Вт | IУР, А | ∑ Iнагр, А | SНАГР, кВА | kнагр | ZНАГР | Z∑ | β1 | β2 | |
| 3E-07 | 0,002 | 0,00 | -0,08 | 0,05 | ||||||
| 0,5 | 9,76E+04 | 9,46E+04 | 0,003 | 15,92 | 0,42 | 0,21 | 0,56 | |||
| 3,83E+05 | 3,72E+05 | 0,005 | 30,81 | 0,81 | 0,34 | 1,13 | ||||
| 1,025 | 4,03E+05 | 3,89E+05 | 0,005 | 31,66 | 0,83 | 0,35 | 1,16 | |||
| 1,5 | 5,55E+05 | 5,36E+05 | 0,008 | 45,43 | 1,15 | 0,48 | 1,68 |
Примеры расчетов для таблицы 7. (при к= 1,025)
Чтобы напряжение не отклонялось от номинального больше допустимых переделов изменим соотношение числа витков обмоток первичной и вторичной цепи трансформатора. Для оптимально работы необходимо коэффициент трансформации второго трансформатора увеличить на 1,15 %.
| ΣI2 |
| k=0 |
| k=0,5 |
| k=1 |
| k=1,025 |
| k=1,5 |
Рисунок 6. Графики снятия внешних характеристик (табл. 7)
Вывод:
В лабораторной работе была исследована параллельная работа трехфазных трансформаторов, нагруженных активно-индуктивной нагрузкой; построены графики внешних характеристик; были рассчитаны коэффициенты нагрузки и уравнительные токи.