Drehstromtransformator

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
400V 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
der Strom
zu messen.
Zu bestimmen sind:
sind die Kurzschlussspannung
cos
;
;
;
;
;
, die Leistung
und
; ´ Annahme:
´
´
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
Diagramm einzutragen.
Drehstromtransformator
sind für die Aufgabenteile 3.5.1., 3.5.2. und 3.5.3. in ein
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:
Drehstromtransformator
150mH; 200mH; 300mH; 400mH; 600mH
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,
Straßenfahrzeugen
Transformatoren
und
Drosseln
auf
Schienen-
und
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