4.2 Выполнение опыта короткого замыкания трансформатора

Переключатели SA1, SA2 и SA3 должны быть замкнуты. Показания приборов PA1, PA3 автотрансформатором PV1 довести до величины номинальных токов I_1H и I_2H . В соответствии с формулами (3.8), потери в опыте КЗ равны потерям в обмотках при номинальном токе:

(4.6)

По показаниям приборов PA1, PA3, PV1, PW1 рассчитывается величины:

(4.7)

Напряжение короткого замыкания в относительных единицах равно:

(4.8)

4.3 Экспериментальное и расчётное построение характеристик трансформатора

Для исследования собирается схема, представленная на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 Схема для экспериментальных испытаний трансформатора

под нагрузкой

Автотрансформатором TV1 установить напряжение, измеряемое вольтметром PV1, равным U_1H. Снять 5…8 точек внешней характеристики трансформатора U₂ = f(I₂) при U₁ = U_1Н, cosφ₂ = const, I_2max = 1,25 · I_2ном. В работе принимается cosφ₀ = 1.

На основе экспериментальных данных построить зависимость η = f(I₂).

Выходную мощность трансформатора определяют по формуле:

. (4.9)

Мощность P₁ определяем по показанию ваттметра PW₁.

Построить зависимость cosφ₁ = P₁ / (U₁ · I₁) = f (I₂).

Построить те же характеристики в относительных единицах:

.

Для построения характеристик заполняется таблица 4.2.

Таблица 4.2 Экспериментальные данные для построения характеристик

в относительных единицах

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

Для расчётного построения характеристик используются зависимости:

(4.10)

(4.11)

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

U_Ka,U_KX, ΔP_CT, ΔP_MH - величины, определяемые из опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Для построения характеристик заполняется таблица 4.3.

Таблица 4.3 Экспериментальные данные

№	I2 = KH2	P2 · KH2, Вт	ΔPM, Вт	U2, В	η,%
1
2
…

Сравнить экспериментальные и расчётные характеристики.

5 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

5.1 Цель работы.

5.2 Основные теоретические сведения.

5.3 Расчёты и результаты измерений.

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 нагрузки?

6.3 Какова роль магнитопровода в трансформаторе?

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

6.5 Особенности Т - и П - образных схем замещения 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 Включение на параллельную работу двух трансформаторов.

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, согласно схеме замещения параллельно-работающих трансформаторов, получим диаграмму ЭДС (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 Схема замещения трансформаторов при их параллельной работе

(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)

Величины коэффициентов трансформации трансформаторов не должны различаться более чем на ΔK ≤ 0,01. Если группы соединения различны, то минимальная ЭДС ΔE при включении на параллельную работу трансформаторов групп 0 и II , исходя из правой части рисунка 3.1, равна:

. (3.10)

В том случае, если напряжения короткого замыкания не равны, трансформаторы нагружаются не одинаково, причем перегружается тот трансформатор, у которого напряжение короткого замыкания U_к меньше. 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. Так как с ростом мощности активная составляющая напряжения короткого замыкания, равная U_Кα, уменьшается, а реактивная U_Kx увеличивается, то рекомендуется включить на параллельную работу трансформаторы, мощности которых отличаются не более чем в 3 раза.