FAKULTÄT ELEKTROTECHNIK 08.03.2013 Praktikum Elektrische Maschinen Drehstromtransformator 1 Versuchsziel Vertiefung des Kenntnisstandes des Aufbaus, der Wirkungsweise und des Betriebsverhaltens von Transformatoren bei unterschiedlichen Belastungsarten sowie bei typischen Prüffeldmessungen. 2. Voraussetzungen Aufbau, Wirkungsweise, Aufgaben und Einsatzgebiete von Transformatoren Gleichungen des idealen und des realen Transformators Ersatzschaltbilder und Zeigerbilder im Leerlauf- und Kurzschlussversuch sowie bei Belastungen mit ohmschen Widerständen, Induktivitäten oder Kapazitäten Durchführung des Leerlaufversuchs und des Kurzschlussversuchs Betriebsverhalten des Transformators bei ohmscher, induktiver und kapazitiver Belastung 3. Aufgaben 3.1. Hinweise zur Versuchsdurchführung Temperaturabhängige Kennwerte, wie Gleichstromwiderstand der Wicklung, Wicklungsverluste, Kurzschlussspannung sind nach geltenden Normen auf eine sog. Bezugstemperatur umzurechnen. Im Versuch werden vereinfacht die Werte bei Raumtemperatur verwendet. Bei der Auswertung (Ersatzschaltbild, Zeigerdiagramm) sind alle elektrischen Größen auf Stranggrößen umzurechnen. Spannungsangaben in dieser Versuchsanleitung und auf den Leistungsschildern sind Leiter- Leiter- Spannungen.
Verwendete Indizes: 1 = Primärseite h = Haupt- 2 = Sekundärseite k = Kurzschluss L = Leiter - Leiter l = Leerlaufversuch N = Bemessungs- σ = Streu- Fe = Eisen (durch Ummagnetisierungsverluste bedingt) 3.2. Widerstandsmessung Mit der Methode der Strom - Spannungsmessung sind die ohmschen Widerstände der Primär- und der Sekundärwicklung und zu bestimmen (Strangwerte und Mittelwertbildung). Achtung: Maximal zulässigen Strom beachten!! 3.3. Leerlaufversuch Die dreisträngige Primärwicklung wird über einen Stelltransformator mit der Spannung gespeist. Diese Spannung wird, beginnend mit 40V, in Schritten von 40V bis auf den Bemessungswert 400V erhöht. Die Sekundärwicklung bleibt offen (Leerlauf). Die Schaltung für den Leerlaufversuch ist nach Bild 3.1 aufzubauen. Aufzunehmen, grafisch darzustellen und zu diskutieren sind die Abhängigkeiten: ü Bei 400 V sind zu messen: ;. Zu berechnen sind: ü; ; ; cos 3.4. Kurzschlussversuch Die Schaltung für den Kurzschlussversuch ist nach Bild 3.2 aufzubauen. Die dreisträngige Sekundärwicklung ist kurzzuschließen. Die Spannung an der Primärwicklung wird so erhöht, dass sich der Strom beginnend von 0A, in 1A - Schritten erhöht, bis der Bemessungsstrom fließt. Um den Stellbereich des Stelltrafos zu reduzieren können weitere Widerstände in die Schaltung eingesetzt werden. Drehstromtransformator Seite 2
Grafisch darzustellen und zu diskutieren sind: Bei Bemessungsstrom sind die Kurzschlussspannung, die Leistung und der Strom zu messen. Zu bestimmen sind: Annahme: cos ; ; ; ; ; ; 3.5. Belastungsversuch Allgemeine Hinweise: Die Primärwicklung wird mit einer konstanten Spannung 400V gespeist. Zu messen sind für den Aufgabenteil 3.5.1: Für den Belastungsversuch entsprechend 3.5.1. sind folgende Größen zu berechnen: ; cos Darzustellen und zu diskutieren sind: für den Aufgabenteil 3.5.1 cos Die Meßpunkte sind für die Aufgabenteile 3.5.1., 3.5.2. und 3.5.3. in ein Diagramm einzutragen. Drehstromtransformator Seite 3
3.5.1 Ohmsche Belastung Für den Belastungsversuch mit einem ohmschen Widerstand ist die Schaltung nach Bild 3.3 aufzubauen. An jeden Strang der Sekundärwicklung wird ein regelbarer ohmscher Widerstand benutzt. Zum Versuchsbeginn muss der Schleifer auf der Position stehen. Der Anschluss der Sekundärwicklung erfolgt an den Klemmen des Schiebewiderstandes. Der Strom wird beginnend mit 1A in Schritten von 1A bis zum Maximalwert 8A durch Veränderung des Widerstandes eingestellt. 3.5.2. Kapazitive Belastung 0 (kapazitiv) Die Schaltung ist nach Bild 3.3. aufzubauen. Zur Belastung wird an jeden Strang der Sekundärwicklung ein kapazitiver Blindwiderstand angeschaltet. Die Veränderung der kapazitiven Belastung erfolgt durch Veränderung der Kapazitäten der angeschlossenen Kondensatoren. Dazu stehen folgende Kapazitätswerte zur Verfügung: 3,6μF; 9,3μF; 16,5μF; 33μF; 49,5μF 3.5.3. Induktive Belastung 0 (induktiv) Der Schaltungsaufbau ist nach Bild 3.3. vorzunehmen. Jeder Strang der Sekundärwicklung wird mit einem induktiven Blindwiderstand belastet. Die Veränderung der induktiven Belastung erfolgt durch Veränderung der Induktivitäten der angeschlossenen Drosselspulen. Dazu stehen folgende Induktivitätswerte zur Verfügung: 150 mh; 200 mh; 300 mh; 400 mh; 600 mh Drehstromtransformator Seite 4
3.6. Ersatzschaltbilder und Zeigerbilder Das Ersatzschaltbild des realen Transformators ist für die ohmsche Belastung mit Bemessungsgrößen darzustellen. Die Spannungen und Ströme sind mit Zahlenwerten und Einheiten anzugeben. Die Zeigerbilder des Transformators sind für folgende Versuche maßstäblich zu zeichnen: - Leerlaufversuch - Kurzschlussversuch - Belastungsversuch mit ohmscher Last (bei Bemessungsbetrieb) 4. Selbstkontrolle - Was sagt das Prinzip der Flusskonstanz aus und unter welchen Voraussetzungen gilt es? - Für welche Betriebsfälle ist ein Transformator als strom- oder spannungsideal anzusehen. Welche Beziehungen gelten dann für das Spannungs- und das Stromübersetzungsverhältnis? - Was versteht man unter der Kurzschlussspannung, wodurch ist ihre Größe bestimmt und welche Bedeutung hat sie für den Einsatz eines Transformators? - Wie kann die Übertragung von Leistung beim Transformator anhand der physikalischen Zusammenhänge erklärt werden? - Was versteht man unter Schaltgruppen und welche Schaltgruppen werden häufig verwendet? - Welche Besonderheiten können beim Betrieb von Drehstrom-Transformatoren im Gegensatz zum Betrieb von Einphasen-Transformatoren auftreten? - Erläutern Sie die Abhängigkeit des Wirkungsgrades eines Transformators von der Belastung und vom Leistungsfaktor! - Wie kann das Zeigerbild des Transformators auf der Grundlage von Messwerten maßstabsgetreu entwickelt werden? - Aufbau und Funktion der Aronschaltung Drehstromtransformator Seite 5
5. Zusatzliteratur Müller, Germar: Elektrische Maschinen - Grundlagen Verlag Technik Fischer, Rolf: Elektrische Maschinen Carl Hanser Verlag Weißgerber, Wilfried: Elektrotechnik für Ingenieure, Teil 2 Verlag Vieweg DIN VDE 0532 Transformatoren und Drosselspulen DIN VDE 0535 Elektrische Maschinen, Transformatoren und Drosseln auf Schienen- und Straßenfahrzeugen DIN 42404 Anschlussbezeichnungen für Transformatoren und Drosselspulen Drehstromtransformator Seite 6
Bild 3.1 Leerlaufversuch Bild 3.2 Kurzschlussversuch Drehstromtransformator Seite 7
Bild 3.3 Belastungsversuch ohmsche Belastung induktive Belastung kapazitive Belastung Drehstromtransformator Seite 8