Elenergiteknik. Laborationshandledning Laboration 1: Trefassystemet och Trefastransformatorn

Transkript

1 Elenergiteknik Laborationshandledning Laboration 1: Trefassystemet och Trefastransformatorn DEPARTMENT OF INDUSTRIAL ELECTRICAL ENGINEERING AND AUTOMATION LUND INSTITUTE OF TECHNOLOGY

2 Laboration på trefassystemet... 1 Syfte Effektmätning med enwattmeter-metoden Effektmätning med tvåwattmeter-metoden Mätning på trefasnät vid osymmetrisk belastning... 2 Bearbetning... 3 Laboration på trefastransformatorn... 4 Syfte... 4 Förberedelseuppgift... 4 Allmänt Uppmätning av spänningsomsättning Kortslutningsprov Tomgångsprov Bearbetning... 7 Demonstration... 7

3 Laboration på trefassystemet Syfte Att koppla upp och studera: - Effektmätning med enwattmeter-metoden. - Effektmätning med tvåwattmeter-metoden. - Y-koppling vid osymmetrisk fördelning mellan faserna. 1. Effektmätning med enwattmeter-metoden Fasspänning, linjeström och aktiv effektförbrukning per fas skall mätas för tre olika Y- kopplade symmetriska trefasbelastningar, resistor, induktor och kondensator. Belastningarna ansluts direkt till 220/127 V nätet. Koppla upp kopplingen enligt nedan med resistorn som last. Slå till brytaren till trefasnätet. Justera in linjeströmmen till 2-3 A genom att ändra inställning på belastningen. Anteckna mätvärdena i tabellen nedan. Upprepa mätningarna med induktor respektive kondensator som last. Observera att Wattmetern i kopplingsschemat inte överensstämmer med gällande standardsymbol för wattmeter, instrument är ett kombinationsinstrument som kan mäta ström, spänning och effekt beroende på inkoppling av instrumentet. Uppmätta värden Beräknade Last I l U f P 1 P S Q cos Resistor R= Induktor L= Kondensator C= De värden som skrivs in i tabellen för P, Q och S skall vara för alla tre faserna, dvs. total trefaseffekt. R, L resp. C beräknas per fas.

4 2. Effektmätning med tvåwattmeter-metoden Samma uppgift som föregående med den skillnaden att total förbrukad aktiv effekt mäts genom tvåwattmeter metoden. Anteckna mätvärden i tabell Uppmätta värden Beräknade Last I l U h P 1 + P 2 P S Q cos Resistor R= Induktor L= Kondensator C= 3. Mätning på trefasnät vid osymmetrisk belastning Tre olika resistorer 100, 200 och 400 Ω ska Y-kopplas. Genom att seriekoppla två resistorer på resistorplattan erhålls en 200 Ω:s resistor. 400 Ω resistorn är en vridresistor (antingen 630 Ω enfas vridresistor eller en fas av den trefasiga belastningen). Linjeströmmen i resp. fasledare ska mätas. Kopplingsschema: (komplettera figuren så att man erhåller en Y-koppling enligt ovan beskrivning. Glöm inte att rita in amperemetrarna) L1 L2 L3 Trefas vridtransformator

5 Två försök utförs: a) Koppla in en amperemeter som mäter strömmen mellan vridtransformatorns nollpunkt och belastningens nollpunkt. Se till att vridtransformatorn är nervriden till noll. Slå till brytaren för trefasnätet och ställ in strömmen genom 100 Ω:s resistorn till 1.0 A. Anteckna övriga strömmar i tabellen nedan. Slå från brytaren till trefasnätet utan att ändra inställning på vridtransformatorn. b) Ersätt amperemetern mellan vridtransformatorns nollpunkt och belastningens nollpunkt med en voltmeter. Slå till brytaren till trefasnätet igen och anteckna mätvärdena i tabellen nedan. Anteckna mätvärden i tabell: I h100 I h200 I h400 I N U N 1.0 A Bearbetning Beräkna de storheter som finns angivna i respektive mättabell för försök 1, 2 och 3. Gör ev. kommentarer ang. avvikelser från förväntade resultat. I försök 3 a) uppritas ett skalenligt visardiagram och från detta kan den förväntade strömmen genom nolledaren bestämmas. Jämför med uppmät ström. Genom att tillämpa tvåpolssatsen kan den i försök 3 b) uppmätta spänningen mellan vridtransformatorns nollpunkt och belastningens nollpunkt kontrolleras. Jämför med uppmätt spänning.

6 Laboration på trefastransformatorn Syfte Att studera trefastransformatorns omsättning vid olika kopplingstyper (eg. Yy-, Dy- etc.). Utföra kortslutningsprov för Yy-kopplad transformator och ur detta bestämma transformatorns kortslutnings -resistans (R k ) och -reaktans (X k ) samt procentuella kortslutningsspänning. Förberedelseuppgift Läs igenom följande anvisningar och fullborda angivna kopplingsscheman. Tänk även igenom hur de olika mätningarna ska utföras. Allmänt Figuren visar hur transformatorn är märkt. Observera att uppsidan alltid är märkt med stora bokstäver samt att nedsidan är märkt med små bokstäver. Transformatormärkning: Märkdata: märkeffekt 2.0 kva spänningsomsättning 220/66.5/66.5 V (lindningsdata) strömomsättning 3.0/5.0/5.0 A (lindningsdata) 1. Uppmätning av spänningsomsättning Observera att 65.5 V lindningarna på respektive ben ska kopplas i serie (a2 förbindes med a3 osv). Spänningen regleras med hjälp av vridtransformatorn så att U A1-A3 blir 110 V. Mätningar av samtliga spänningar ska utföras med samma voltmeter. Mätningar utförs vid transformatorkopplingar enligt tabell 1. Anteckna mätvärden i tabell 1. Rita in hur respektive transformatorkoppling ska utföras på nästföljande sida:

7 Yy-koppling Yd-koppling Dd-koppling Dy-koppling Tabell 1 Koppling U A1-A3 U A1-B1 U a1-a4 U a1-b1 Yy 110 Yd 110 Dd 110 Dy 110

8 2. Kortslutningsprov. Provtransformatorn Dyn-kopplas, uppsidan ansluts till vridtransformatorn. Instrument ska inkopplas för mätning av linjeström (I k ), huvudspänning (U k ). Effekten till transformatorn mäts med 2-wattmetermetoden (P 1k + P 2k ). I tabell införs den totala aktiva effektförbrukningen P k. Fullborda följande figur med instrumentering anslutna på primärsidan (nedsidan i detta fall). Normalt utförs kortslutningsprovet från uppsidan men i detta fall är omsättningen ungefär lika med ett och därför spelar inte detta så stor roll. Dyn-koppling Transformatorns sekundärsida (uppsida) kortsluts genom att förbinda a1-b1-c1. Innan nätspänningen inkopplas se till att vridtransformatorn står i läge noll. Öka spänningen försiktigt. Ställ in sekundärströmmen till 5.0 A. Ström, spänning och effekt (på primärsidan) avläses och antecknas i tabell 2. Uppmätta värden Beräknade Koppling I k U k P k Z k R k X k Dyn 3. Tomgångsprov. Provtransformatorn och instrumenten är uppkopplade på samma sätt som i föregående uppgift. Instrumenten är nu inkopplade för mätning av linjeström (I 0 ), huvudspänning (U 0 ). Effekten till transformatorn mäts med 2-wattmetermetoden (P 10 + P 20 ). I tabell införs den totala aktiva effektförbrukningen P 0. I detta fall utföres provet från primärsidan (nedsidan) som tidigare. Tomgångsprov utföres normalt från nedsidan. Liksom för kortslutningsprovet är detta av mindre betydelse då omsättningen är ungefär lika med ett. Transformatorns sekundärsida (uppsida) lämnas öppen. Öka primärspänningen till dess att dess huvudspänning är lika med märkspänning (220 V). Ström, spänning och effekt (på primärsidan) avläses och antecknas i tabell 3. Uppmätta värden Beräknade Koppling I 0 U 0 P 0 Z m R m X m Dyn

9 Bearbetning 1. Beräkna förväntad utspänning med hjälp av transformatorns lindningsomsättning. Beräknade utspänningar (U 2h ): Yy : V. Dd : V. Yd : V. Dy : V. Jämför uppmätta värden på U 2h med teoretiska. 2. Beräkning av transformatorns ekvivalenta schema (ekvivalent Y-fas). Ur kortslutningsprovet kan transformatorns kortslutnings -impedans, -resistans och - reaktans bestämmas (hänförda till transformatorns primärsida dvs nedsida i detta fall). Beräkna storheterna R k respektive X k i nedanstående figur med hjälp av lämpliga samband. Ur tomgångsprovet kan transformatorns magnetiseringsimpedans, magnetiseringsresistans och magnetiseringsreaktans bestämmas (hänförda till transformatorns primärsida dvs nedsida i detta fall). Beräkna storheterna R m respektive X m i nedanstående figur med hjälp av lämpliga samband. Normalt används ekvivalenta schemat hänfört till sekundärsidan eftersom lasten är placerad där. Beräkna parametrarna ovan hänförda till sekundärsidan (uppsidan i detta fall). + U 1 - I 1 R' m R k ' X ' m X ' k I ' 2 + ' U 2 - Z ' 2 Figur. Transformatorns ekvivalenta schema (en ekvivalent Y-fas). Beräkna även transformatorns procentuella kortslutningsspänning u k (z k ) med hjälp av lämpliga samband (definition). Demonstration En trefassig last ansluts till en Dyn-kopplad transformator enligt ovan. Vid primär märkspänning så belastas transformatorn så att sekundär märkström erhålles vid cos 0.7 (IND). Mät sekundär klämspänning och jämför med beräknat värde.