4.3 Экспериментальное и расчётное построение характеристик трансформатора

Для исследования трансформатора под нагрузкой переключатель SA1 замыкается, а SA2 должен быть разомкнут (рисунке 4.1).

Измеряя вольтметром PV1, установить автотрансформатором TV1 напряжение, равным U_1H. Изменять ток вторичной обмотки в пределах 0…1,25·I₂ с помощью нагрузочного реостата R_НАГР. Напряжение первичной обмотки поддерживать постоянным U₁ =U_1H = const. Для 5…8 значений тока записать показания соответствующих приборов в таблицу 4.3.

Коэффициент мощности нагрузки в работе принимается равным единице cosφ₂ = 1, так как в качестве нагрузки применяется реостат, который имеет чисто активное сопротивление.

Выходную мощность трансформатора определяют по формуле:

(4.9)

Таблица 4.3 Результаты исследования трансформатора под нагрузкой

№	Экспериментальные					Расчетные
	U1, B	I1, A	P1, Вт	U2, В	I2, A	P2, Вт		η, %	cosφ1
1
2
…

Коэффициент загруженности трансформатора: (4.10)

Коэффициент полезного действия трансформатора:

(4.11)

Коэффициент мощности cosφ₁ трансформатора определяется по формуле аналогичной (4.1) и (4.6).

По результатам опыта с нагрузкой строятся внешняя характеристика трансформатора U₂ = f(I₂) и другие зависимости: η = f(I₂), cosφ₁ = f(I₂).

Для значений коэффициента загруженности из таблицы 4.3 по результатам опытов ХХ и КЗ по формулам (4.12) и (4.13) рассчитываются напряжение на выводах вторичной обмотки U₂ и КПД трансформатора η. Результаты заносятся в таблицу 4.4.

(4.12)

(4.13)

где S_2H - номинальная мощность трансформатора, определяемая по его паспортным данным;

U_a,U_р, ΔP_CT.Н, ΔP_ОБM.H - величины, определяемые в опытах холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Промежуточные и итоговые результаты расчетов по формулам (4.12) и (4.13) заносятся в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 Расчет параметров по результатам опытов ХХ и КЗ

№		P2 , Вт	ΔPОБM, Вт	U2, В	η,%
1
2
…

По данным таблицы 4.4 так же строятся зависимости U₂ = f(I₂) и η = f(I₂) совместно с характеристиками из таблицы 4.3.

Сравнить характеристики, полученные разными методами и определить возможные причины различия, если они есть.

5 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

5.1 Тема, цель работы.

5.2 Основные теоретические сведения.

5.3 Расчёты и результаты измерений: таблицы, заполненные экспериментальными и рассчитанными данными; графики зависимостей; схема замещения с рассчитанными параметрами.

5.4 Ответы на контрольные вопросы.

5.5 Выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1 Как зависит КПД трансформатора от его загруженности?

6.2 Как изменяются потери в стали и потери в обмотках трансформатора при изменении тока нагрузки?

6.3 В каких целях проводятся опыты ХХ и КЗ?

6.4 Почему при холостом ходе не учитываются потери в обмотках, а при коротком замыкании - в магнитопроводе трансформатора?

6.5 Почему при изменении тока нагрузки изменяется и напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1 Цель работы

Целью работы является исследование работы нескольких трансформаторов на общую нагрузку. Определение влияния отклонений параметров трансформаторов на распределение токов при параллельной работе.

2 Программа работы

2.1 Ознакомление с лабораторной установкой, запись паспортных данных трансформаторов и приборов.

2.2 Проверка возможности включения трансформаторов на параллельную работу.

2.3 Снятие характеристик трансформаторов при параллельной работе.

2.4 Сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей.

3 Краткие теоретические сведения

Параллельное включение нескольких трансформаторов широко применяется в электрических системах. При параллельной работе лучше решаются вопросы расширения и резервирования мощностей подстанций, а в случае весьма больших мощностей только при условии параллельного включения возможно осуществить передачу энергии. Выбор числа параллельно включенных трансформаторов представляет собой оптимизационную задачу, так как с ростом единичной мощности стоимость суммарных потерь уменьшается, а стоимость резервирования возрастает. При параллельной работе трансформаторов справедливы соотношения:

(3.1)

При идеальной параллельной работе суммарная номинальная мощность нагрузки равна сумме номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов: T_α, Т_β, Т_γ… , т.е. справедливо соотношение:

(3.2)

В этом случае все трансформаторы нагружаются пропорционально своей номинальной мощности. Для осуществления идеальной параллельной работы трансформаторов необходимо, чтобы уравнительные токи были равны нулю. Для нулевых уравнительных токов необходимо совпадение групп соединения трансформаторов и равенство коэффициентов трансформации:

(3.3)

Для равенства сумм номинальных мощностей токи трансформаторов должны складываться арифметически, т.е. справедливо соотношение:

(3.4)

Пренебрегая намагничивающим током, получим схему замещения параллельно-работающих трансформаторов (рисунок3.1 а).

а б

Рисунок 3.1 Схема замещения трансформаторов при их параллельной

работе – а, диаграмма ЭДС двух трансформаторов групп 0 и I

(3.5)

. (3.6)

В формуле (3.6) величины φ_Кα и φ_Кβ - углы между током и напряжением в треугольнике короткого замыкания. Чтобы токи совпадали по фазе, необходимо равенство нулю величины Δφ_к.

Из рисунка 3.1 следует, что

(3.7)

или в относительных единицах:

(3.8)

где Z_К* , U_К* - относительные значения сопротивлений и напряжений короткого замыкания, причем Z_К* = U_К*.

Таким образом, для параллельной работы трансформаторов необходимо выполнение следующих условий:

1) одинаковые группы соединения обмоток трансформаторов;

2) равные коэффициенты трансформации;

3) равные относительные значения напряжений короткого замыкания;

4) равные активные и реактивные составляющие обмоток.

Если К_α ≠ К_β, то уже в режиме холостого хода по обмоткам протекают уравнительные токи, определяемые относительной разностью ΔK:

(3.9)

Отклонение величин коэффициентов трансформации трансформаторов не должны быть более чем ΔK ≤ 0,01.

Различие групп соединения вовсе не допустимо. Минимальная ЭДС ΔE при включении на параллельную работу трансформаторов соседних групп, например 0 и I , исходя из правой части рисунка 3.1, равна:

. (3.10)

При различии напряжений короткого замыкания трансформаторы нагружаются не одинаково, причем перегружается тот трансформатор, у которого напряжение короткого замыкания U_к меньше. Поэтому допускается различие в напряжениях короткого замыкания U_к не более чем на 10%.

Если углы в треугольниках короткого замыкания различны, то их токи будут складываться геометрически и допустимая мощность нагрузки также будет меньше суммы номинальных мощностей трансформаторов.

Чем больше номинальная мощность трансформатора, тем меньше активная составляющая напряжения короткого замыкания U_а, и тем больше реактивная составляющая U_x. Поэтому не рекомендуется включить на параллельную работу трансформаторы, мощности которых отличаются более чем в 3 раза, так как при большей разности мощностей будут больше отличаться активные и реактивные составляющие обмоток.