Лабораторная работа 2.7. Исследование способов соединения обмоток трансформатора

B практике эксплуатации трансформаторов важно знать схемы сое­динения обмоток и взаимное направление ЭДС в них. Особенно важно это при параллельной работе трансформаторов, которая возможна только лишь при строго определенном соединении их обмоток.

Данная лабораторная работа посвящена изучению возможных схем и групп соединения обмоток.

Цель работы: Изучить методы экспериментального определения обмоток высшего BH и низшего НН напряжений, начал и концов обмоток и обмоток, находящихся на одном стержне. Ознакомиться со схемами соединения обмоток BH и HH и получить практические навыки по определению групп соединения трехфазных трансформаторов.

 

1. Сведения из теории

 

1.1 Схемы соединения обмоток

 

Для силовых трансформаторов согласно ГОСТ 11667–35 установлены стандартные обозначения начал и концов обмоток и их ответвлений.

B трехфазном трансформаторе начала и концы обмоток BH обозначают соответственно А, В, C и X, Y, Z начала и концы обмоток HH – а, в, с и x, y, z. Чередование фаз А, B, C принято считать слева направо, если смотреть на трансформатор со стороны отводов ВН.

Если обмотка BH имеет регулировочные ответвления, то их обозначают теми же буквами, что начало и конец обмотки, но с цифровыми индексами 1, 2, 3 и т.д. (см., например, паспортные данные исследуемого трансформатора).

B трехфазных трансформаторах обмотки могут быть соединены по схемам «звезда», «треугольник» или «зигзаг», которые обозначают буквами У, Д, Z. При выводе нейтрале ее обозначают буквой О. B обозначении схем добавляют индекс «н» ().

Трехфазные силовые двух обмоточные трансформаторы выполняются со следующими схемами соединения обмоток: .

 

 

1.2. Понятия начала и конца обмотки и группы соединения

 

l.2.1. Однофазный трансформатор

 

Понятие начала и конца обмоток условно, но при соединении обмоток введение его является совершенно необходимым.

 

Рис.1

 

 

Рис. 2

г)

 

Рис 3.

Не следует путать понятие одноименных зажимов, введенное в курсе ТОЭ, и понятие начала и конца обмоток. Рассмотрим рис. 1, где показаны две обмотки, расположенные на одном стержне, которые пронизываются одним и тем же потоком w. Одноимённые зажимы обозначены на рис. 1 точками. Начала и концы обмоток у однофазного трансформатора можно выбрать произвольным образом, как указано, например, на рис. 1б, в.

На рис. 1в начала обмоток BH и HH совпадают с одноименными зажи­мами, поэтому ЭДС и , индуктируемые в обмотках 1 и 2 будут одинаково направлены относительно начал обмотки, следовательно, совпадают по фазе (рис. 1б). Если же у одной из обмоток, например, у второй, изменить обозначение начала и конца на обратное (рис. 1в), то направление наведенной ЭДС по отношению к выводам обмотки изменится на противорположное и будут сдвинуты по фазе на 130° (см. рис. 1в).

Для характеристики относительного сдвига фаз линейных ЭДС обмоток BH и HH вводится понятие группы соединения обмоток трансформатора. Группа соединений равна

^◦, (1)

где – угол сдвига в градусах между линейными ЭДС на одноименных выводах обмоток BH и НН, отсчитываемый от вектора–ЭДС – обмотки BH по направлению часовой стрелки.

Так как в однофазных трансформаторах

 

, (2)

 

то для них возможны две группы соединений:

группа 0 при = 0 (рис. 16);

группа 6 при = 180° (рис. 1в).

 

1.2.2. Трехфазный трансформатор

 

B трехфазном трансформаторе нельзя произвольно выбирать начала и концы обмоток отдельно для каждой фазы. При одинаковом направлении потока в стержнях как на рис.2 необходимо, чтобы ЭДС были одновременно в каждой фазе. BH или HH направлены к началам, либо к концам обмоток, ЭДС индуктируемые в обмотках, находящихся на одном стержне, при этом будут как и для однофазного трансформатора совпадать по фазе, либо иметь сдвиг 180°.

B трехфазном трансформаторе группа соединения зависит:

от схемы соединения обмоток;

от выбора начал и концов обмоток;

от того, на каком стержне находятся обмотки, принадлежащие фазам А, В, С.

Смысл последнего утверждения заключается в том, что на каждом стержне магнитопровода могут размещаться не только одноимённые фазы, как, например, на рис. 2 и 3а, но и разноименные (см. рис. 3б, в).

При изменении названия фаз обязательно должен соблюдаться порядок их чередования (недопустимо чередование фаз, указанное на рис. 3г).

B трехфазных трансформаторах схемы соединения Y/Y, / , /Z могут образовывать четные группы 0, 2, 4, 6, 8, 10, а схемы Y/ , /Y, Y/Z – нечетные группы I, 3, 5, 7, 9, II/I

Стандартизированы согласно ГОСТу11677–оо только две группы: 0, II (см. рис. 4a, б).

Все остальные группы могут быть получены из основных путем пере­маркировки начал обмотки HH, либо путем перемаркировки фаз обмотки ЯП., например, группу 6 можно получить из нулевой, а группу 5 из II, если перемаркировать начала всех обмоток HH (рис. 5).

Рассмотрим подход, как определить маркировку зажимов для заданной группы при известной схеме соединений. 3 качестве примера рассмотрим группу 2 для схемы УУ. Для второй группы из (I) следует, что =60°.

Нарисуем векторную диаграмму так, чтобы угол сдвига между линейными ЭДС на одноименных выводах BH и HH был равен 60° (рис. 6).

Ищем теперь пары коллинеарных векторов фазных ЭДС. Ими на рис. 6 являются

Так как вектора ЭДС могут быть коллинеарными только для обмоток, находящихся на одном стержне, то, следовательно, на стержне, где находится обмотка ВН фазы A должна размещаться обмотка HH фазы В. Для других стержней соответственно B и С, C и А. Так как все коллинеарные фазные ЭДС противоположно направлены, то маркировку зажимов обмоток HH следует выполнить в соответствии с рис. 1в. Учитывая все изложенное, на рис. 7 приведена схема соединения и обозначения выводов обмоток.

На практике для определения группы соединения часто пользуются не формулой (1), а стрелочными часами (1), (2), (8).

 

 

Рис. 4–7

 

 

Таблица 1

Назн
№	1____2	3____4	5____6	7____8	9___10	11___12
Выв

 

 

 

Рис. 8

 

1.3. Опытное определение обмоток BH и HH и обмоток, находящихся на одном стержне

 

Пусть заданы выводы обмоток трехфазного трансформатора (рис. 9), подключим одну из обмоток, например, 1–2 к испытательному напряжению. Измерим и занесем в табл. 1 напряжение на выводах остальных обмоток. Если пренебречь падением магнитного напряжения в ярме, то при прохождении тока по любой из обмоток можно считать, что поток Ф_I, созданный этой обмоткой, распределяется поровну между другими стержнями (рис. 9). Учитывая это, можно, анализируя данные табл. 1, определить, во–первых, обмотку, находящуюся на одном стержне с обмоткой 1–2, а, во–вторых – обмотки BH и HH.

 

 

 

Рис. 9

 

Рис. 10

 

 

 

Рис. 11

 

 

Рис. 12

 

Рис. 13

Предположим, что обмотка 1–2 является обмоткой ВH. Тогда для обмотки HH, находящейся на этом стержне, напряжение

. (2)

 

Для обмоток НН, находящихся на других стержнях,

(3)

Для обмоток BH

(4)

 

Отметим, что если , то значения по (2) и , из (4) будут близки и обмотки BH и HH могут быть определены неверно. Поэтому, если в табл. 1 имеется более двух близких цифр, необходимо опыт повторить для обмоток HH, которые были найдены по формулам (3).

После того, как определены обмотки BH и HH определяют для каждой обмотки BH ту обмотку HH, которая находится на том же стержне, что и обмотка ВН. Это несложно сделать, сравнивая напряжение на обмотках НН (см. формулы (2) и (3).

 

1.4. Определение начал и концов обмоток ВН

 

Это можно выполнить несколькими способами. Один из них заклю­чается в следующем. На одну из обмоток BH подают напряжение, а две другие соединяют последовательно и измеряют напряжение и . Схема представлена на рис. 10. B этом опыте потоки в стержнях, на которых находятся обмотки 2 и 3, направлены в одну сторону и ЗДС в обеих обмотках должны быть одновременно направлены к их началам или концам.

Рис. 14

 

Если обмотки 2 и 3 соединены началами или концами, то при обходе замкнутого контура в обоих случаях ЭДС и направлены навстречу и показание вольтметра будет близки к нулю. B противном случае ЭДС сонаправлены и показания вольтметров U1 и U2 будут близки.

Произвольно присвоим одной из обмоток, например, второй, обоз­начения А, X. По показаниям вольтметра определяют начало B и концы У третьей обмотки. Зная маркировку обмоток 2 и 3, определяем аналогично начало C и конец Z оставшейся обмотки.

 

1.5. Маркировка начал и концов обмотки HH, находящейся на одном стержне с обмоткой ВН.

 

Маркировка обмотки зависит от групп соединения. Для групп 0, 4, 8, 11, 3, 7 она должна выполняться в соответствии с рис. 1б, а для остальных по рис. 1в. Ha рис. 2 приведена схема, по которой осуществляется маркировка обмотки HH. B зависимости от показаний вольтметров . и и группы соединения представляется маркировка начала и конца обмотки.

 

1.6. Проверка групп соединения обмоток

 

Группу соединения обмоток трансформатора в лабораторной работе определяют методом вольтметра (5;8). При использовании этого метода собирают исследуемую схему и соединяют зажимы A и а. K одной из обмоток подводят симметричное трехфазное напряжение и измеряют вольтметром . напряжения между зажимами в–B в–С, c–B (см. рис. 12,13, 13а).

Измеренные напряжения сравнивают с соответствующими расчетными, вычисленными по формулам (таблица2).

 

1.6.1. Вывод формул для определения групп соединения обмоток.

 

B качестве примера рассмотрим вторую группу. Нарисуем на комп­лексной плоскости векторную диаграмму для второй группы (рис. 13). Напряжение равно разности векторов спроектируем эти векторы на оси и определим величину

 

или (7)

 

где K – линейный коэффициент трансформации

 

(8)

Из (7) получим

 

(9)

 

Аналогично определяем остальные напряжения

 

(10)

(11)

 

B формулах (9), (10), (11) – линейное напряжение на зажимах обмотки HH.

Для остальных групп соединений предлагается формулы получить самостоятельно.

 

1.6.2 Инструментальные методы проверки групп соединений.

Инструментальное измерение фазометром 360⁰.

Рис.15

 

Проверка групп соединений методом вольтметра.

 

 

Рис.13а

Для трехфазных понижающих трансформаторов 380/220/127 () номинальный линейный коэффициент зависит от схемы соединения:

 

 

Так как вторичное напряжение может несколько отличаться от номинального до то линейный коэффициент , где - коэффициент поправки, величина которого зависит от используемых отводов первичных обмоток трансформатора

 

(Для применяемых в работе трансформаторов)

- номинальный,

- повышающий,

- повышающий.

 

Межобмоточные напряжения () при и .

Таблица2

φгр	φрад	Гр	Кп	√3Кп	3Кп	Sinφ	Cosφ	UbB,UcB,UbC
UAB=220B	0,955	1,654109	2,865	Uab=UAB/K
								Uab|K-1| абс.
	0,5236					1|2	√3/2	Uab√(K2-K√3+1)
	1,0472					√3/2	1|2	Uab√(K2-K+1)
	1,5708							Uab√(K2+1)
	2,0944					√3/2	(-)1/2	Uab√(K2+K+1)
	2,618					1|2	(-)√3/2	Uab√(K2+K√3+1)
	3,1416						(-)1	Uab(K+1)
	3,6652					(-)1/2	(-)√3/2	Uab√(K2+K√3+1)
	4,1888					(-)√3/2	(-)1/2	Uab√(K2+K+1)
	4,7124					(-)1		Uab√(K2+1)
	5,236					(-)√3/2	1|2	Uab√(K2-K+1)
	5,7596					(-)1/2	√3/2	Uab√(K2-K√3+1)
			∆ - Y	Y - Y,∆ - ∆	Y - ∆

При соединении выводов «А» и «а» первичной и вторичной обмоток трансформатора, по напряжению UbB можно проверить группу соединения.

Напряжение UcB опережает UbB на 2 группы (60⁰), например: 7гр+2=9гр, а напряжение UbC отстает на 2 группы, например: 7гр-2=5гр.

То есть соответствующие группе напряжения находятся в соответствующих графах таблицы

 

2. Описание лабораторной установки

 

Лабораторная работа выполняется на стенде № 3. В ней исследуется трехфазный трехстержневой трансформатор типа ТСВМ–4–74–ОМ5. Eгo паспортные данные приведены на заводской бирке. Ha лицевую панель трансформатора выведена концы . Для испытаний трансформатора на стенде имеется симметричное трехфазное напряжение с .

Регулируемое однофазное напряжение получают с помощью ЛАТР. Измерение напряжений можно выполнить щитовыми вольтметрами, измерительным комплектом К505 или цифровым вольтметром. Для определения выводов обмоток используется омметром.

 

3. Предварительная подготовка к лабораторной работе

 

3.1. Перед выполнением работы необходимо:

 

1) ознакомиться с оборудованием лабораторной установки и выписать паспортные данные трансформатора;

2) изучить «Сведения из теории»;

3) ознакомиться с заданием на экспериментальное и аналитическое исследование;

В соответствии с заданиями и «Сведениями из теории» выполнить следующее:

1) определить последовательность проведения экспериментов;

2) составить для каждого эксперимента принципиальную схему и таблицу для внесения измеренных значений. На схемах указать значения подаваемых напряжений;

3) рассчитать напряжения, необходимые для определения группы соединения.

4. Задание на экспериментальное исследование

B работе определить:

1) выводы каждой обмотки;

2) обмотки BH и HH;

3) обмотки, находящиеся на одном стержне;

4) начала и концы обмоток BH и HH;

5) собрать заданную преподавателем группу соединения и измерить напряжения, которые позволяют определить группу.

 

5. Задание на аналитическое исследование

 

5.1. Определить линейный коэффициент трансформации.

5.2. Для заданной группы соединения вывести формулу расчета напряжений

 

6. Дополнительные требования к содержанию отчета

6.1. Привести схемы и таблицы измерений к опытам.

6.2. Схему соединений обмоток для заданной группы.

6.3. Векторную диаграмму для заданной группы соединений.

6.4. Вывод формул к п. 5.2 и результаты расчета по ним.

6.5. Выводы по работе.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Какие из схем Y/Y, / , /Z, Y/ , /Y, Y/Z чаще используются и почему?

2. Как можно изменить сдвиг по фазе между ЭДС в однофазном трансформаторе, не изменяя маркировку зажимов?

3. Объяснить, как определять обмотки ВН и HH, если коэффициент трансформации близок к двум.

4. Предложить другие (не рассмотренные в работе) способы мар­кировки обмоток, находящихся на разных стержнях.

5. Что понимается под группой соединения обмоток?

6. Объяснить, как можно перейти от одной группы к другой для одной и той же схемы.

7. Объяснить, что такое левая и правая намотки обмоток. Какая из них находит большее применение?

8. Какие методы используются для определения групп соединения.

к ЛР27

Таблица 1

Назн
№	1____2	3____4	5____6	7____8	9___10	11___12
Выв