Лабораторная работа № 22

Исследование высших гармоник в групповом трансформаторе

22.1 Цель работы: Исследование высших гармоник в групповом трансформаторе

22.2 Краткие теоретические сведения

Групповой трансформатор или трансформаторная группа состоит из трех однофазных трансфор­маторов, первичные и вторичные обмотки которых соединены звездой или треугольником.

Такой трансформатор по сравнению с трехфазным той же мощности несколько дороже, имеет больший вес и габариты и несколько ниже к. п. д. Но он транспортабельнее и имеет меньшую стоимость резерва.

Групповой трансформатор имеет известное преимущество при больших мощностях, когда усло­вия транспортировки и надежности при эксплуатации имеют особенно важное значение.

В таком трансформаторе, где магнитные цепи отдельных фаз не связаны друг с другом, легко ис­следовать высшие гармоники.

Известно, что в трансформаторах между намагничивающим током и магнитным потоком существу­ет нелинейная зависимость, объясняемая насыщением магнитной цепи. Это сводится к тому, что при сину­соидальном намагничивающем токе магнитный поток . будет несинусоидальным, и наоборот.

В несинусоидальной форме кривых намагничивающего тока и магнитного потока сильно про­являются третьи гармоники.

Схемы соединений обмоток однофазных трансформаторов в трехфазную группу в определенной степени влияют на формы кривых намагничивающих токов и магнитных потоков, а следовательно, и на­пряжений.

Целью данной работы является исследование влияния сочетания соединений обмоток группового трансформатора на форму кривых его напряжений и тока холостого хода.

Форму кривых напряжений и токов можно снять при помощи электронного (катодного) осцилло­графа, в котором входной сигнал подается в виде напряжения непосредственно на входные зажимы. Если оно больше максимально допустимого напряжения осциллографа, то необходимо использовать дели­тель напряжения. Чтобы снять кривую тока, в его цепь последовательно включают небольшое по вели­чине активное сопротивление, падение напряжения на котором подается на входные зажимы осцилло­графа.

Формы кривых напряжения и тока холостого хода

При испытании трансформатора в режиме холостого хода обычно не ставят перед собой во­просов о форме кривых напряжений и токов, до­вольствуясь измерением действующих значений этих величин. Но представление о форме кривых необходимо для более полного ознакомления с работой трансформатора. Здесь мы рассмотрим наиболее ти­пичные кривые, во всех случаях предполагая обычную горяче­катаную трансформаторную сталь.

В однофазном трансформаторе при синусоидаль­ном приложенном напряжении ток холостого хода несинусо­идален, что объясняется нелинейностью кривой намагничивания. Содержание в кривой тока высших гармонических зависит от степени насыщения.

На рис. 22.1 приведены кривые тока холостого хода транс­форматора 5 ква 220/100 в при первичном синусоидальном на­пряжении 110, 220 и 250 в.

Рисунок 22.2 Кривые и

Рисунок 22.1 Кривые тока холостого хода

однофазного трансформатора: а – кривая

напряжения: б, в, г – кривые токов при

слабом, нормальном и сильном насыщении

На рис. 22.2 приведены кривые , , где I₀₁, I₀₃, I₀₅ – действующие значения первой, третьей и пятой гармони­ческих тока холостого хода.

В трехфазной трансформаторной группе при соединении обмоток Y/Y в кривой тока холостого хода отсутствуют третьи гармонические и кратные ей, но эти гармонические по­являются в кривой потока и в кривых э. д. с. и фазных напряжений. Кривые тока содержат, помимо первых, пятую, седьмую гармонические и гармониче­ские более высокого порядка.

Осциллограммы тока и напряжения при различном насыщении даны на

рис. 22.3. При сильном насыщении амплитуда третьей гармони­ческой в кривой фазного напряжения составляет 70% от ампли­туды основной волны.

При соединении вторичной обмотки в тре­угольник магнитный поток тройной частоты индуктирует в ней э. д. с. этой частоты, под действием которой будет проте­кать ток. По закону Ленца этот ток будет размагничивать пер­вичный магнитный поток тройной частоты, благодаря чему результирующий магнитный поток трансформатора сделается практически синусоидальным.

На рис. 22.4 приведены осциллограммы кривых фазных на­пряжений и тока холостого хода трансформаторной группы при

соединении обмоток Y/∆.

Рисунок 23.4 Кривые фазных напряжений

1. и тока (2) группового трансформатора

2. при соединении Y/∆.

Рисунок 22.3 Кривые напряжений и токов

трансформаторной группы при соединении Y/Y

1 – кривая линейного напряжения;

2 – кривая фазного напряжения при

слабом насыщении;

3 – то же при сильном;

4, 5, 6 – кривые токов при слабом, среднем и

сильном насыщении.

Рисунок 22.5 Токи холостого хода трехстержневого

трансформатора при соединении обмоток Y/Y:

а – кривая тока в средней фазе

б и в – кривые токов в крайних фазах.

При соединении об­моток трехстержневого трансформатора по схеме Y/Y фазные э.д.с. искажаются мало, так как маг­нитный поток тройной часто­ты замыкается в основном по воздуху, т. е. по пути с большим магнитным сопротивлением.

Асимметрия магнитной си­стемы трехстержневого транс­форматора приводит к несим­метрии токов холостого хода в отдельных фазах и к резкой разнице между формой кривых этих токов. При этом ток холо­стого хода, в противоположность трансформаторной группе, кроме первых, пятых и т. д. гармонических, содержит также и третьи гармонические.

Осциллограммы токов холостого хода в разных фазах для трансформатора 5 ква 220 в приведены на рис. 22.5.

Несимметрией системы токов холостого хода объясняется также крайняя неравномерность потребления мощности холостого хода отдельными фазами.

При известной несимметрии токов может случиться, что мощ­ности одной или даже двух фаз становятся отрицательными [Л. 10].

На рис. 22.6 показаны кривые мощностей Р_А, Р_B и Р_C в фазах A, В, С и кривая результирующей мощности Р₀ в зави­симости от подводимого напряжения U₁ Мощности Р_A и Р_B весьма невелики и при напряжении 250 в обе становятся отри­цательными.

Рисунок 22.6 Распределение мощности холостого хода между фазами трехстержневого трансформатора

Соединение вторичной обмотки трехстерж­невого трансформатора в треугольник оказывает благо­творное влияние на работу трансфор­матора. Влияние этой обмотки объяс­няется здесь так же, как и в трансфор­маторной группе при аналогичной схе­ме соединения обмоток.

22.3 Схема испытания (рис. 22.8, 22.9, 22.10, 22.11, 22.12)