Лабораторная работа № 5 исследование электрической цепи, содержащей трехфазный трансформатор с ферромагнитным сердечником

Цель работы: исследование трехфазной симметричной цепи, содержащей трансформатор с ферромагнитным сердечником, выявление особенностей его работы в зависимости от степени насыщения магнитопровода.

Основные теоретические положения

Схема трехфазного трансформатора с ферромагнитным сердечником может использоваться в качестве утроителя частоты. При этом возможны варианты соединений обмоток трансформатора.

1. При соединении первичной обмотки трансформатора по схеме «звезда» без нейтрального провода и постепенном увеличении на ней напряжения магнитопровод начинает насыщаться. Так как в первичной обмотке трансформатора не могут протекать токи третьей гармоники, а более высшими гармониками при индуктивном характере нагрузки можно пренебречь, первичный ток считается синусоидальным. В этом случае третьи гармоники появляются в напряжении между нейтральными точками , а следовательно, в магнитном потоке и фазных ЭДС на вторичной обмотке. С ростом насыщения отношение уменьшается и на первичной, и на вторичной обмотках.

При соединении фазных вторичных обмоток по схеме «разомкнутый треугольник» выходное напряжение становится равным утроенному значению напряжения третьей гармоники вторичной фазной обмотки: , так как напряжения вторичной обмотки прямой и обратной последовательностей компенсируются.

2. При соединении первичной обмотки трансформатора по схеме «звезда» с нейтральным проводом и увеличении на ней напряжения насыщение магнитопровода приводит к появлению несинусоидальных токов первичной обмотки главным образом за счет третьей гармоники. Токи третьей гармоники протекают по нейтральному проводу:

.

Напряжения на первичной и вторичной обмотках остается синусоидальными, т.е. и .

3. При соединении первичной обмотки по схеме «треугольник» образуется цепь для протекания токов третьей гармоники. Напряжения остаются синусоидальными, следовательно, третьи гармоники в магнитном потоке и фазных напряжениях вторичной обмотки отсутствуют.

С увеличением напряжения на первичной обмотке отношение первичных токов уменьшается: < .

Ток третьей гармоники в первичной обмотке можно определить по формуле

.

Таким образом, трехфазный трансформатор может использоваться в качестве утроителя частоты лишь при соединении первичной обмотки по схеме «звезда» без нейтрального провода.

Задание для самостоятельной подготовки

1. Объясните, почему при соединении первичной обмотки по схеме «звезда» без нейтрального провода в токах первичной обмотки нет гармоник, кратных трем.

2. Определите влияние величины и характера нагрузки в нейтральном проводе на отношение в обмотках трансформатора.

3. Выведите формулу для расчета на вторичной обмотке трансформатора.

4. Определите причину, по которой при соединении первичной обмотки по схеме «треугольник» в напряжении вторичной обмотки отсутствуют высшие гармоники.