Elektromechanika. 3. mérés. Háromfázisú transzformátor

Átírás

1 Elektromechanika 3 mérés Háromfázisú transzformátor 1 Milyen feltételezésekkel élünk ideális transzformátor tárgyalásakor? 1 A primertekercs és a szekundertekercs ellenállása egyaránt zérus (R 1 = 0; R 2 = 0) 2 Mivel a levegő mágneses ellenállása nagyságrendekkel nagyobb a vas mágneses ellenállásánál, a szórási fluxust elhanyagoljuk (φ s1 = 0; φ s2 = 0) 3 Feltételezzük, hogy mind az oszlopokban, mind a jármokban H abszolútértéke ugyanaz, és iránya megegyezik az oszlopok és a jármok közepes hosszában húzott egyenes vonalakéval 4 Feltételezzük, hogy a vasmag anyagának mágneses tulajdonságát leíró jelleggörbe, a B-H görbe (hiszterézisgörbe) ideális alakú, tehát B változási tartományban H = 0 A telítési tartományban B változatlan 5 A vasmag B indukciója mindig kisebb, mint a B t telítési indukció (B < B t ) A 3 feltételt felhasználva: H = 0 6 A primer körre kapcsolt feszültség időfüggvénye: u 1 (t) = U m cos ωt, és a t = 0 időpontban B = 0 2 Rajzolja le a valóságos transzformátor helyettesítő kapcsolási vázlatát N1 N2 esetre és adja meg az áramkör egyes elemeinek értelmezését! 1

2 R 1, R 2 a primertekercs ellenállása, illetve a szekundertekercs primerre redukált ellenállása L s1, L s2 a primertekercs szórási induktivitása, illetve a szekundertekercs primerre redukált szórási induktivitása R v a vasmagban keletkező veszteséget modellező ellenállás L m a főfluxushoz tartozó induktivitás 3 Adja meg a menetszám áttétel fogalmát és írja fel a primer oldalra redukált szekunder feszültség, áram, ellenállás és reaktancia kifejezését! A menetszám-áttétel (a) a primer- és a szekundertekercs-feszültségek arányát rögzíti: a = N 1 N 2 = U 1 U 2 = I 2 I 1 A primer oldalra redukált szekunder feszültség: A primer oldalra redukált szekunder áram: U 2 = au 2 I 2 = I 2 a A primer oldalra redukált szekunder ellenállás: R 2 = a 2 R 2 A primer oldalra redukált szekunder reaktancia: X s2 = a 2 X s2 4 Rajzolja fel a rövidzárási (egyszerűsített) helyettesítő vázlatot és annak alapján a rövidzárási vektorábrát! Rövidzárási helyettesítő vázlat: 2

3 Rövidzárási vektorábra: 5 Rajzolja fel az üresjárási (egyszerűsített) helyettesítő vázlatot és annak alapján az üresjárási vektorábrát! Üresjárási helyettesítő vázlat: Üresjárási vektorábra: 3

4 6 Milyen veszteségei vannak a transzformátornak és hogyan határozható meg azok értéke? Tekercsveszteség vagy rézveszteség: Vasveszteség: A teljes veszteség: P t = P t1 + P t2 = I 1 2 R 1 + I 2 2 R 2 P v = P ö + P h = I mp 2 R v = U i1 2 R v P veszt = P t + P v = I 1 2 R 1 + I 2 2 R 2 + I mp 2 R v 7 Hogyan határozható meg a transzformátor hatásfoka, különböző terhelések esetére? η α = α S n cos φ 2 α S n cos φ 2 +P v n +α2 P t n ahol S n = U 2n I 2n a transzformátor névleges látszólagos teljesítménye [VA]; U 2n, I 2n a névleges szekunder feszültség, illetve áram értéke [V], [A]; cos φ 2 a terhelés teljesítménytényezője [-]; P v a vasveszteség névleges feszültség esetén [W]; n P t a tekercsveszteség névleges terhelőáram esetén [W]; n üresjárásban α = 0, névleges terhelőáram esetén α = 1 [-] 8 Miért egyezik meg jó közelítéssel az üresjárásban, névleges feszültségen felvett teljesítmény a névleges vasveszteséggel? Üresjárásban I 2 = 0, tehát I 1 = I m Feltételezve, hogy a primer feszültség névleges (U 1 = U 1n ), és figyelembe véve, hogy a mágnesezési áram a névleges áramnak csupán töredéke, a primer tekercs ohmos ellenállásán és szórási induktivitásán fellépő feszültségesés elhanyagolható Ezért az áthidaló ág feszültsége a primer névleges feszültséggel gyakorlatilag megegyezik: U i1 U 1n A transzformátor által felvett üresjárási teljesítmény ilyenkor jó közelítéssel a névleges üzemállapotban fellépő vasveszteséggel megegyezik 9 Miért egyezik meg jó közelítéssel a rövidzárásban, névleges áram mellett felvett teljesítmény a névleges tekercsveszteséggel? Ha a szekunder kapcsokat rövidrezárjuk, U 2 = 0 Már kis primer feszültség (U 1rz ) rákapcsolásakor közel I 1n névleges áram folyik A mágnesezési áram (I m ) és az általa okozott veszteségek ebben az esetben elhanyagolhatóak, és I 1 I 2 (a mágnesezési áram a névleges áramnak csupán töredéke) A primer kapcsokon felvett teljesítmény ilyenkor jó közelítéssel a tekercsveszteséggel egyenlő 10 Mit nevezünk rövidzárási feszültségnek? Mi a drop? Az U 1rz rövidzárási feszültség az a primer feszültség, amelynek hatására rövidzárási állapotban a névleges áram folyik a primer tekercsben A drop (százalékos rövidzárási feszültségesés) a rövidzárási feszültségnek a névleges feszültségre vonatkoztatott hányadosa: ε = U 1rz U 1n = 3-8 %, 4

5 11 Mit nevezünk zárlati áramnak? Adja meg az állandósult zárlati áram számítási módját! Állandósult zárlati áram: I rzn = U 1n U 1rz I n 12 Hogyan számítható a háromfázisú transzformátor üresjárási és rövidzárási teljesítménytényezője a mért mennyiségekből? Üresjárási teljesítménytényező: Rövidzárási teljesítménytényező: cos φ üj = I mp 2 R v = U 2 i1 U 1 I 1 U 1 I 1 R v cos φ 1rz = I 1n 2 (R 1 +R 2 ) U 1rz I 1n 13 Hogyan határozható meg a háromfázisú teljesítmény értéke kétwattmérős módszer (Aron kapcsolás) alkalmazása esetén? Aron-kapcsolás: Az összteljesítmény: P = P I + P II, ahol P I az egyik, P II pedig a másk wattmérő által mért teljesítmény 5

6 14 Ismertesse röviden a transzformátor felépítését! A vasmag a transzformátor azon része, amelyik a mágneses erővonalaknak preferenciális, azaz kis mágneses ellenállású pályát biztosít A transzformátornak három oszlopa van, melyeken a három fázis tekercsei találhatók Az oszlopokat két járom köti össze a mágneses kör zárására 15 Mondjon példát a transzfomátor gyakorlati alkalmazására! Jelátviteli transzformátor, erőátviteli transzformátor, feszültségszabályozó transzformátor, takarékkapcsolású transzformátor, mérőváltók, háromfázisú transzformátor, indukciós kemencék A transzformátorokat váltakozóáramú körökben feszültség vagy áram növelésére, csökkentésére, potenciális szigetelésre, nagy feszültség vagy áram mérésére, feszültségosztásra (tekercsmegcsapolással) alkalmazzuk 16 Mit kell tudni a wattmérő helyes használatáról? A wattmérőnek négy bemenete van: kettő közülük a feszültség, a másik kettő az áram csatlakoztatására Ezek nem felcserélhetőek Ennek érdekében az áramtekercs elejét *- gal jelölik Fontos a mérőműszer helyes bekötése, különben a mutató negatív irányba próbál kitérni A laboratóriumban található műszerek el vannak látva egy +/- kapcsolóval, melynek segítségével megakadályozható az ellenkező irányú kitérés Mérés közben megtörténhet, hogy a műszer mutatója a pozitívból a negatív tartományba megy át Ilyen esetben is a +/- kapcsolót használjuk, hogy pozitív irányú és egyben értékelhető kitérést kapjunk A wattmérővel történő mérésnél fokozottan ügyelni kell, nehogy túlterheljük a rendszert Noha a kitérés nem jelentős, meglehet, hogy vagy az áram, vagy a feszültség túl nagy, és a műszer meghibásodik A wattmérő műszerállandóját érdemes a mérés előtt kiszámítani 6

7 17 Rajzolja fel a transzformátor üresjárási és rövidzárási mérési görbéit, és jelölje meg a belőlük kiolvasható jellemzőket valamint vonjon le következtetéseket a transzformátor viselkedéséről! Üresjárási görbék: Rövidzárási görbék: A transzformátor veszteségeinek mérése azonos eredményre vezet akár a nagyfeszültségű, akár a kisfeszültségű oldalról táplálva végezzük a mérést 18 Miért nem szabad a transzformátorokat egyenáramú áramkörökben alkalmazni? Mert a vasmagot előmágnesezi és torzítást okoz (kiegyenlítetlen gerjesztés) 7