Badanie transformatora jednofazowego

Badanie transformatora jednofazowego.
Celem ćwiczenia
wiczenia jest zapoznanie się
si z budową,, zasadami działania oraz podstawowymi
właściwościami
ciami transformatora jednofazowego pracującego
pracuj cego w stanie jałowym, zwarcia oraz
obciążenia.
Transformator jest maszyną
maszyn elektryczną pozwalająca na zmianęę parametrów prądu
pr
przemiennego. Dzięki
ki niemu można
mo
obniżać lub podwyższać napięcie
cie oraz podwyższać
podwy
lub
obniżać natężenie prądu.
du. Transformator nie zmienia wartości
warto ci mocy, tzn. moc dostarczana na
jego uzwojenie pierwotne jest wydawana przez uzwojenie wtórne, pomniejszona jedynie o
straty mocy w samym transformatorze.
Może on pracować w jednym z trzech stanów, tzn.:
•
•
•
w stanie jałowym, charakteryzującym
charakteryzuj
się brakiem obciążenia,
w stanie zwarcia, podczas którego zwarte są
s zaciski uzwojenia wtórnego,
w stanie obciążenia,
enia, podczas którego z zacisków uzwojenia wtórnego jest pobierana
energia.
W stanie jałowym moc pobierana przez transformator jest minimalna i przeznaczona
na pokrycie strat związanych
zanych z magnesowaniem rdzenia transformatora oraz straty na grzanie
uzwojenia pierwotnego. W uzwojeniu wtórnym nie płynie prąd,
pr d, natomiast mierzone na nim
napięcie
cie jest równe indukującej się
si w nim SEM. Transformator w stanie jałowym można
mo
opisać parametrami schematu zastępczego
zast
przedstawionego na rys. 1.
Rys. 1. Schemat zastępczy
zast pczy transformatora w stanie jałowym.
jałowym
W wyniku badania stanu jałowego transformatora możemy
mo emy otrzymać:
•
przekładnię:
•
straty w rdzeniu:
∆PFe = P0 – R1
•
współczynnik mocy:
cosφ0 =
•
składową czynną prądu jałowego:
•
składową biernąą prądu
pr
jałowego:
∆
P0
•
rezystancję:
•
reaktancję:
•
charakterystyki stanu jałowego:
∆
I0 = f(U1);
∆PFe = f(U1)
W stanie zwarcia praktycznie cała moc pobierana przez transformator jest zużywana
zu
na straty wynikające
ce z nagrzewania jego uzwojeń.
uzwoje . Straty na magnesowanie rdzenia
rd
są w
porównaniu z nimi pomijalne. Zwarcie przy napięciu
napi ciu znamionowym powoduje znaczne
przekroczenie natężenia prądu
ądu
du znamionowego transformatora, silne nagrzewanie uzwojeń,
uzwoje a
co za tym idzie uszkodzenie ich izolacji i bardzo szybkie zniszczenie transformatora.
transfo
Jednak
dla celów badania transformatora może
mo być wykonywane zwarcie pomiarowe. Polega ono na
zasileniu transformatora obniżonym
obni
napięciem,
ciem, takim, przy którym prąd
pr
płynący w
uzwojeniu pierwotnym (a co za tym idzie i wtórnym) osiąga
osi
wartość znamionową.
znamiono
Schemat
zastępczy
pczy transformatora w stanie zwarcia przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Schemat zastępczy
pczy transformatora w stanie zwarcia.
W wyniku badania stanu zwarcia można
mo
wyznaczyć:
•
straty w uzwojeniu:
∆PCu = Pz
•
współczynnik mocy w stanie zwarcia:
cosφz =
•
impedancję zwarciową:
zwarciow
•
rezystancję zwarciową:
zwarciow
•
•
!"
Rz = R1 + R’2;
R1
R’2
reaktancję zwarciową:
zwarciow
Xz = X1 + X’2;
X1
X’2
procentowe napięcie
napię zwarcia:
#
%
100
W stanie obciążenia,, transformator jest obciążony konkretną mocą wynikającą
wynikaj
z potrzeb
podpiętego do niego obciążenia.
ążenia. Uzwojenie pierwotne pobiera prąd,
pr d, a uzwojenie wtórne
oddaje go do odbiornika. Transformator przekazuje moc pobieraną
pobieran z sieci do obciążenia.
obci
Stan
pracy transformatora pod obciążeniem
obciąż
ilustruje schemat zastępczy
pczy przedstawiony na rys. 3.
Rys. 3. Schemat zastępczy
zast pczy transformatora w stanie obciążenia.
obciąż
Parametry uzwojenia wtórnego transformatora są
s sprowadzane na uzwojenie pierwotne
w schemacie zastępczym
pczym poprzez nast. przeliczenia:
′
(
;
′
+( ,
(
(
(
)′
(
);
(
(
′
;
(
*′
+( ,
*
W wyniku pomiarów stanu obciążenia
obci
można wyznaczyć między
dzy innymi:
• moc pozornąą transformatora:
S = S1 = U1I1 = S2 = U2I2 = U’2I’2
•
moc bierną transformatora:
•
straty w uzwojeniach:
•
sprawność transformatora:
-
∆012
7
./
3
0
4 4
5
6
Pomiary.
1. Badanie stanu jałowego.
Pomiarów
miarów dokonujemy na transformatorze połączonym
poł czonym zgodnie ze schematem
przedstawionym na rys. 4.
jałowym
Rys. 4. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie jałowym.
Pomiarów dokonujemy dla kilku wartości
warto
napięcia
cia zasilania, w tym dla napięcia
napi
znamionowego.
wego. Wyniki umieszczamy w tabeli 1. W oparciu o wykonane pomiary
wyznaczamy następujące
ce parametry stanu jałowego:
• przekładnię transformatora,
• straty w rdzeniu,
• współczynnik mocy,
• składową czynną i bierną prądu jałowego,
• rezystancję i reaktancję;
reaktancj RFe i Xµ
• rysujemy charakterystyki biegu jałowego: I0 = f(U1); ∆PFe = f(U1)
Tabela 1.
U1
I1
V
A
P1
W
U2
V
n
---
∆PFe
W
cosφ0
IFe
A
Iµ
A
RFe
Ω
Xµ
Ω
2. Badanie stanu zwarcia
Pomiarów dokonujemy na układzie, którego schemat przedstawia rys. 5. W celu
uniknięcia pojawienia sięę na zaciskach uzwojenia pierwotnego badanego transformatora
dużego napięcia,
cia, autotransformator zasilamy z transformatora bezpieczeństwa,
bezpieczeństwa, albo w szereg
z nim wpinamy dużą rezystancję.
rezystancj Powoli podwyższamy napięcie
cie zasilania, aż
a uzyskujemy w
uzwojeniu pierwotnym znamionową
znamionow wartość natężenia prądu.
du. Wyniki pomiarów
umieszczamy w tabeli 2.
Rys. 5. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie zwarcia.
zwarcia
W oparciu o wykonane pomiary wyznaczamy:
• straty
traty w uzwojeniu
• współczynnik mocy w stanie zwarcia
• impedancję,, rezystancję
rezystancj i reaktancję zwarciową
• rezystancję i reaktancję
reaktancj strony pierwotnej i wtórnej transformatora
• procentowe napięcie
napię zwarcia
Tabela 2.
I1N
Uz
A
V
Pz
W
∆PCu cosφz
W
---
Zz
Ω
Rz
Ω
Xz
Ω
R1
Ω
R’2
Ω
X1
Ω
X’2
Ω
2
2
uz%
%
3. Badanie stanu obciążenia
Pomiarów dokonujemy w układzie przedstawionym na rys. 6.
1.1
2.1
1
1
obc
U
2
1
1.2
2.2
Rys. 5. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie zwarcia.
Uzwojenie pierwotne transformatora zasilamy napięciem znamionowym. Zmieniamy
rezystancję obciążenia odczytując jednocześnie zmiany napięć, prądów i mocy po stronie
pierwotnej i wtórnej transformatora.
Wyniki pomiarów umieszczamy w tabeli 3.
Tabela 3.
U1
I1
V
I
P1
W
U2
V
I2
I
P2
W
S
VA
Q
war
W oparciu o wykonane pomiary wyznacz:
• moc pozorną
• moc bierną
• współczynnik mocy
• straty mocy w uzwojeniach
• sprawność transformatora
• wykreśl charakterystykę obciążenia U2 = f(I2)
Literatura:
E.Goźlińska „Maszyny elektryczne” WSiP Warszawa 1995
cosφ
---
∆PCu
W
η
---