Пример выполнния лабораторной работы. Допустим, что в ходе выполнения лабораторной работы получены следующие данные:

Допустим, что в ходе выполнения лабораторной работы получены следующие данные:

Таблица 1.4.1

  холостой ход SA3 SA4 SA5
, В 398,7 388,9
, А 19,69 29,31 38,85

 

Таблица 1.4.2

  холостой ход SA3 SA4 SA5
, В 398,9 396,6 395,2
, А 19,69 29,31 38,85

 

На рис.1.4.5 приведены графики зависимостей и .

Рис.1.5.5.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под параллельной работой трансформаторов?

2. Зачем трансформаторы подключают на параллельную работу?

3. Какие условия параллельной работы трансформаторов?

4. К чему приводит несоблюдение условий параллельной работы трансформаторов?

5. Что необходимо выполнить перед первым включением трансформаторов на параллельную работу?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Т5

Несимметричная нагрузка трехфазного трансформатора

Цель работы: исследовать влияние несимметричной нагрузки на фазные напряжения трансформатора.

 

Теоретическая часть

Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов возникает главным образом из-за неравномерного распределения однофазных потребителей по фазам, при этом токи фаз будут неодинаковы по значению и сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол, не равный .

Несимметрия токов вызывает несимметрию линейных и фазных напряжений, что неблагоприятно отражается на работе потребителей. При несимметричном напряжении снижается мощность двигателей переменного тока, ухудшается работа ламп электрического освещения и т. д. В самом трансформаторе появляются добавочные потери, вследствие чего уменьшается его КПД и увеличивается нагрев.

При исследовании несимметричных режимов используется метод симметричных составляющих. Сущность этого метода состоит в том, что любую несимметричную трехфазную систему (токов, напряжений, потоков и т.д.) можно разложить на три симметричные системы: прямой, обратной и нулевой последовательности фаз. На рис.1.5.1 для примера показаны несимметричная система токов , , и ее симметричньге составляющие. Векторы токов прямой последовательности равны по модулю и имеют чередование → → . Векторы токов обратной последовательности также равны по модулю, но имеют обратное чередование: → → . Нулевая система токов представляет собой три вектора токов , , , равных по модулю, с нулевым сдвигом между ними.

Рис.1.5.1 Несимметричная система токов (а) и их симметричные составляющие: прямая (б), обратная (в) и нулевая (г) последовательности.

Согласно рис.1.5.1 можно записать:

(1.5.1)

При разложении несимметричной системы линейных токов вторичной обмотки трансформатора на симметричные составляющие нулевая последовательность может отсутствовать. Это зависит от схемы соединения вторичной обмотки. Токи нулевой последовательности могут существовать только в том случае, если для них есть контур, по которому они могли бы замыкаться. Так как эти токи в каждой из фаз равны по значению и имеют одинаковое направление, то такой контур будет иметь место, если обмотка соединена в звезду с нулевым проводом. В этом случае токи нулевой последовательности фаз замыкаются через нулевой провод. Также роль нулевого провода может выполнять земля, если нулевые точки источника и нагрузки заземлены. Ток в нулевом проводе равен утроенному значению тока нулевой последовательности фазы. При всех других схемах соединения вторичной обмотки токи нулевой последовательности отсутствуют, и при разложении несимметричных токов в них будут содержаться только токи прямой и обратной последовательностей.

В общем случае обмотки электрических машин для каждой составляющей будут иметь различные сопротивления. В трансформаторе рабочий процесс и сопротивление обмоток не зависят от порядка чередования фаз токов, протекающих по обмоткам трехфазной системы. Поэтому токи прямой и обратной последовательностей одинаковым образом трансформируются из одной обмотки в другую, а сопротивления трансформатора для них одинаковы, вследствие чего их действие можно учитывать совместно, не разделяя их на составляющие.

Вследствие специфики токов нулевой последовательности обмотки для них имеют иное сопротивление, чем для токов прямой и обратной последовательностей, и их следует рассматривать отдельно.

Несимметричная нагрузка при наличии токов

нулевой последовательности

При несимметричной нагрузке токи нулевой последовательности во вторичной обмотке появляются, если эта обмотка соединена по схеме звезда с нулевым проводом ( ). Влияние, которое будут оказывать эти токи на работу трансформатора, зависит от схемы соединения первичной обмотки (звезда или треугольник).

1. Схема соединения обмоток трансформатора (рис.1.5.2).

Пусть к трансформатору со схемой соединения обмоток присоединена несимметричная нагрузка (рис.1.5.2), а значит, во вторичной обмотке трансформатора, имеет место несимметричная трехфазная система токов, которую можно представить в виде выражения (1.5.1). Токи нулевой последовательности , , замыкаются через нулевой провод, равны по величине и одинаковы по направлению в каждый момент времени, поэтому можно записать:

. (1.5.2)

На основании первого закона Кирхгофа, в нулевом проводе протекает ток:

. (1.5.3)

Токи прямой и обратной последовательностей представляют симметричную трехфазную систему токов и будут трансформироваться в первичную обмотку. Токи нулевой последовательности в первичную обмотку не трансформируются, так как при схеме соединения в звезду отсутствует контур, по которому они могли бы замыкаться. Поэтому в магнитном отношении они ничем не уравновешены и создают дополнительные магнитные потоки в каждой фазе трансформатора – потоки нулевой последовательности = = = = . Эти потоки во всех фазах одинаковы и совпадают по фазе.

 

Рис.1.5.2. Трансформатор со схемой соединения обмоток .

 

Большая часть потока нулевой последовательности на каждом стержне охватывает первичную и вторичную обмотки и является потоком само- и взаимо- индукции. При своем изменении во времени он индуцирует в обеих обмотках ЭДС нулевой последовательности. В первичной обмотке ЭДС = = = , во вторичной – = = = . Эти ЭДС пропорциональны числу витков, во всех фазах каждой из обмоток равны по значению и в любой момент времени имеют одинаковое направление. Если вторичную обмотку привести к первичной, то = . Нулевая точка на диаграмме фазных вторичных напряжений сместится на , а нулевая точка на диаграмме фазных первичных напряжений на (рис.1.5.3). Таким образом, токи нулевой последовательности, которые протекают по вторичной обмотке, искажают систему фазных вторичных и первичных напряжений.

Поскольку ЭДС пропорциональна потоку , созданному током нулевой последовательности , то зависимость между ЭДС и током , исходя из схемы замещения трансформатора, можно представить в виде:

, (1.5.4)

где – полное сопротивление взаимной индукции нулевой последовательности; – индуктивное сопротивление взаимной индукции нулевой последовательности; – активное сопротивление, обусловленное магнитными потерями от потока нулевой последовательности.

 

Рис.1.5.3. Векторная диаграмма первичных а) и вторичных б) напряжений при несимметричной нагрузке трансформатора со схемой соединения обмоток .