Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
21
Добавлен:
12.04.2015
Размер:
209.92 Кб
Скачать

Лабораторная работа № 4

Исследование работы трехфазного трансформатора при

несимметричной нагрузке

Цель работы: изучить влияние несимметричной нагрузки на работу трехфазных трансформаторов

1. Общие теоретические положения

Нагрузка трехфазных трансформаторов в сельских электрических сетях характеризуется значительной несимметрией. Это объясняется наличием большого числа однофазных потребителей, которые с учетом разновременности их включения практически невозможно равномерно распределить по фазам. Несимметрия токов нагрузки отрицательно влияет на работу трансформаторов и потребителей электроэнергии. Основным методом исследования несимметричных режимов является метод симметричных составляющих, который заключается в следующем. Несимметричная система токов, или любых величин представляется в виде трех симметричных составляющих: систем прямой, обратной и нулевой последовательностей. Вектора системы прямой последовательности равны по модулю, сдвинуты между собой на 120о и вращаются в прямом направлении. Они определяются следующей системой уравнений:

(1)

Вектора напряжений обратной последовательности также равны по модулю и сдвинуты по фазе на 120о, но вращаются в обратном направлении. Они определяются следующим образом:

(2)

Вектора напряжений нулевой последовательности равны по величине, совпадают по фазе и определяются по формуле:

(3)

Все величины в выражениях (1.10) – (1.12) представляют собой комплексные числа. Единичный оператор поворота «а» может записываться как в показательной, так и в алгебраической форме и равен:

(4)

Умножение любого вектора на величину «а» равносильно его повороту на 120о против часовой стрелки, а умножение на величину «а2 » – по часовой стрелке.

Пример разложения несимметричной системы векторов на симметричные составляющие показан на рис. 1.

Формулы обратных преобразований позволяют вычислить по известным симметричным составляющим полные вектора:

(5)

Любой полный ток и его симметричные составляющие можно записаны через симметричные составляющие одной фазы, например, «А»:

; (6)

, (7)

поэтому расчеты всех симметричных составляющих проводятся для только для нее. Индекс «А» при этом для упрощения опускается.

Каждая из симметричных систем токов вызывает соответствующие падения напряжения, которые равны:

, (8)

где – сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Действие симметричных составляющих падений напряжения на исходную систему напряжений неодинаково. Составляющие прямой последовательности уменьшают все напряжения, но не нарушают их симметрию (рис. 2 – б). Составляющие обратной последовательности искажают треугольник линейных напряжений, но не вызывают смещения нейтрали, которая совпадает с точкой пересечения медиан треугольника (рис. 2 – в). Составляющие нулевой последовательности не влияют на линейные напряжения, но смещают нейтраль из точки «N» в точку «N’» и изменяют фазные напряжения (рис. 2 – г).

В трансформаторах сопротивления прямой и обратной последовательностей равны между собой и равны сопротивлению короткого замыкания: , а сопротивление нулевой последовательности зависит от схемы соединения обмоток и конструкции трансформатора. При соединении обмоток Y/Y0 токи нулевой последовательности в первичных обмотках протекать не могут, поэтому токи нулевой последовательности, протекающие во вторичных обмотках не скомпенсированы, и являются токами намагничивания. Схема замещения для этого случая показана на рис. 3 – а. Сопротивление нулевой последовательности определяется в основном сопротивлением контура намагничивания Z00 и потому весьма велико. Для силовых трансформаторов со схемой Y/Y0 оно обычно находится в пределах: . При соединении обмоток по схеме /Y0 токи нулевой последовательности могут протекать и в первичных обмотках, и ограничены они только сопротивлением короткого замыкания. Схема замещения для этого случая показана на рис. 3 – б. Сопротивление нулевой последовательности для схемы /Y0 невелико: .

2. Экспериментальное определение сопротивлений нулевой

последовательности

Для экспериментального определения сопротивления нулевой последовательности вторичные обмотки трансформатора соединяются последовательно в разомкнутый треугольник, к свободным выводам которого подводится пониженное напряжение. Первичные обмотки при этом соединяются в соответствии с необходимой схемой в звезду (рис. 3 – а), или в треугольник (рис. 3 – б). Питание к ним не подводится. По показаниям приборов определяются полное, активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности:

(9)

3. Определение первичных токов и вторичных напряжений при

однофазной нагрузке

Наиболее неблагоприятные явления имеют место при однофазной нагрузке трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y0. На рис. 4 показаны векторные диаграммы симметричных составляющих и полных токов во вторичных и первичных обмотках,, построенные по уравнениям (1) – (3) с учетом того, что токи нулевой последовательности в первичных обмотках не протекают. Из них следует, что модуль первичного тока в нагруженной фазе «А» равен , а модули токов в двух других фазах: (без учета токов холостого хода).

Эти токи искажают симметричную систему напряжений. Для экспериментального определения токов и напряжений при однофазной нагрузке необходимо собрать схему, приведенную на рис. 5 и провести измерения всех токов и вторичных напряжений в режиме холостого хода и при однофазной нагрузке.

Напряжение нулевой последовательности (смещения нейтрали) можно определить по известным значениям фазных и линейных напряжений, используя формулу:

(10)

или по известным значениям тока однофазной нагрузки и сопротивления нулевой последовательности:

(11)

Полное представление о фазных и линейных напряжениях дают графические построения (см. рис. 2 – г). Треугольник линейных напряжений строится по их известным модулям. Чтобы найти фазные напряжения без учета смещения нейтрали, необходимо провести из каждой вершины треугольника медианы, точка пересечения которых N является центром их звезды. Точка N’, характеризующая смещение нейтрали находится следующим образом. С помощью циркуля из каждой вершины откладываются в выбранном масштабе измеренные с помощью вольтметра напряжения между каждой из фаз и нулем вторичной обмотки трансформатора. Они должны пересечься в одной точке. Отрезок N Nв масштабе и представляет собой искомое напряжение нулевой последовательности.

Соседние файлы в папке Лабораторно-практические занятия