1.1 Měření hodinového úhlu transformátorů

1.1 Měření hodinového úhlu transformátorů
Cíle kapitoly: Jedním z cílů úlohy je se seznámit s reálným zapojením vstupních a
výstupních svorek třífázového transformátoru. Cílem je stanovit napěťové poměry na
měřeném transformátoru při jeho různém provozu (různém zapojení vinutí). Jedním z cílů
také je demonstrovat, že ne všechny varianty hodinových úhlů jsou u provozu transformátoru
možné. Cílem je navrhnout, zakreslit a zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto
varianty poté proměřit a zkonstruovat v měřítku fázorové diagramy. Diagramy poslouží
problematiku správně dokreslit a upozorní na skutečnosti, které by si studenti pouhým
změřením nemuseli uvědomit.
1.1.1 Úvod a rozbor úlohy
Třífázový transformátor představuje elektrické zařízení, respektive netočivý stroj, který
slouží k transformaci střídavého napětí a proudu. Třífázový transformátor bývá proveden tak,
aby byl ve fázích souměrný. V rámci teoretického náhledu, lze souměrně zatížený (každá
fáze) transformátor nahradit článkem typu T nebo Γ, což usnadňuje stanovení provozních
parametrů a stavů. Základní parametry jako je například jmenovitý výkon, jmenovité napětí
primárního a sekundárního vinutí bývají zpravidla uvedeny na štítku přístroje a další
parametry se určují na základě různých provozních stavů, tj. měření naprázdno a nakrátko.
Pro jednotné zapojování svorek transformátoru byl zaveden pojem skupina spojení,
takzvaný hodinový úhel. Příklad zapojení svorek (vinutí) transformátoru je naznačeno na
následujícím obrázku Obr.1.1 a Obr.1.2.
Obr. 1.1: Ukázka svorkovnice transformátoru 1100VA Yy0 a jeho zapojení
Lze konstatovat, že tento hodinový úhel je důležitý pro paralelní chod transformátorů a
je definován jako fázový posun mezi fázory vstupního a výstupního napětí (od vyššího k
nižšímu) stejné fáze. Tento úhel je vyjádřený v hodinách a jedna hodina odpovídá 30°.
Různých hodnot hodinového úhlu lze tak dosáhnout vnitřním spojováním konců (začátků)
vinutí jednotlivých fází. Samotné označení spojení fází (štítková hodnota) se skládá ze dvou
písmen a jednoho číselného údaje. První velké písmeno značí typ zapojení primárního vinutí
(Y – hvězda, D – trojúhelník), druhé písmeno představuje typ zapojení sekundárního vinutí (y
– hvězda, d – trojúhelník, z – lomená hvězda) a číslice představuje hodnotu hodinového úhlu.
Při spojení do lomené hvězdy je vinutí každé fáze rozděleno na dvě poloviny. Obě poloviny
jsou pak umístěny na dvou sousedních jádrech. Aby se indukovaná napětí správně
geometricky sčítala. Zapojení do lomené hvězdy se používá jen na straně nižšího napětí při
nerovnoměrném zatížení transformátoru.
Obr. 1.2: Ukázka svorkovnice transformátoru 1100VA Yy1 a jeho zapojení
Při konstrukci jednotlivých zapojení, respektive hodinových úhlů, je nutné vinutí kreslit
v rozvinutém tvaru a za kladný směr indukovaného napětí je považován směr od svorky Začátek (různá označení 0 nebo z) ke svorce – Konec (různá označení 1 nebo k).
Příklad zapojení: Dy1 znamená, že strana vyššího napětí je zapojena do trojúhelníku,
strana nižšího napětí do hvězdy a hodinový úhel je 1 hodina. Při zapojování a kreslení
začínáme od strany vyššího napětí (primární vinutí). Grafické znázornění tohoto příkladu
zapojení ukazuje následující obrázek Obr. 1.3.
Obr. 1.3. Zapojení vinutí na svorkovnici a stanovení hodinového úhlu
Obr. 1.4. Zapojení transformátoru přes autotransformátoru AT
Další reálné příklady zapojení transformátorů jsou:
• Dd: 0 1 2 4 6 8 10
•
Dy: 5 7 11
•
Dz: 0 2 4 6 8 10
•
Yd: 1 5 7 11
•
Yy: 0 6
•
Yz: 1 5 7 11
1.1.2 Úkol měření
Úkolem je stanovit napěťové poměry na měřeném transformátoru při jeho různém
provozu (různém zapojení vinutí). Jedním z cílů také je demonstrovat, že ne všechny varianty
hodinových úhlů jsou u provozu transformátoru možné. Úkolem je navrhnout, zakreslit a
zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto varianty poté proměřit a zkonstruovat
v měřítku fázorové diagramy.
1.1.3 Použité měřicí přístroje a komponenty
-
Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yy0
-
Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yz1
-
Digitální multimetr ruční, stolní
-
Autotransformátor
-
Propojovací kabely
1.1.4 Postup měření
1. Dle Obr 1.3. a dle Obr. 1.4 zapojte pracoviště a vinutí transformátoru tak, aby odpovídalo
zapojení Dy1 a tak aby, transformátor nebyl napájen napětím přímo ze sítě, ale bude
využito regulačního prvku, v podobě autotransformátoru AT.
2. Propojte svorky Aa (tj. napětí UAa = 0 V).
3. Správnost zapojení měřícího pracoviště nechte zkontrolovat vyučujícím.
4. Pomocí autotransformátoru AT nastavte sníženou hodnotu napětí. Hodnotu sníženého
napětí určí vyučující. Hodnotu nastavovaného napětí kontrolujte pomocí digitálního
multimetru (viz. Obr.1.4.).
5. Pomocí dalšího digitálního multimetru proměřte jednotlivé kombinace napětí napětí UAB,
UAC, UBC, UAb, UBb, UCb, UAc, UBc, UCc,. UAa = 0 (propojené svorky) a hodnoty vyneste do
vytvořené tabulky pro daný typ zapojení vinutí transformátoru.
6. Z naměřených hodnot sestrojte ve vhodném měřítku fázorový diagram (viz. Obr. 1.3) a
naznačte daný hodinový úhel.
7. Postup opakujte pro dalších pět způsobů zapojení vinutí transformátoru, vč. zapojení
lomená hvězda.
1.1.5 Zpracování výsledků
Vypracujte protokol o měření. Hlavním výstupem protokolu budou změřené hodnoty
napětí pro jednotlivé druhy zapojení vinutí transformátoru. Hodnoty budou přehledně
uvedeny v tabulkách. Dále budou pro jednotlivé druhy zapojení sestrojeny fázorové diagramy
s naznačeným hodinovým úhlem. Při grafickém zpracování použijte vhodné měřítko a
případné odchylky od teoretických hodnot zdůvodněte.
1.1.6 Kontrolní otázky
1. Co je to transformátor?
2. Popište základní princip transformátoru.
3. Vyjmenujte hlavní části transformátoru.
4. Popište rozdíl mezi jádrovým a plášťovým transformátorem.
5. Vysvětlete, co jsou to spojky a jádra. K čemu slouží?
6. Co je to ideální transformátor?
7. Nakreslete ideální transformátor.
8. Vysvětlete princip činnosti ideálního transformátoru.
9. Co je to převod transformátoru?
10. Vysvětlete účinnost transformátoru.
11. Co je hodinový úhel transformátoru?
12. Nakreslete několik základní zapojení vinutí trojfázového transformátorů.