04-Badanie transformatora jednofazowego

Laboratorium: Elektrotechnika i elektronika
Studia stacjonarne
..............................................................................................
Imię i Nazwisko Studenta
Rok Grupa
Ćwiczenie 4
BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest analiza właściwości transformatora, jako maszyny elektrycznej w
oparciu o jego charakterystyki stanu jałowego i stanu obciążenia.
Transformator jednofazowy
Transformator jest statyczną maszyną elektryczną służącą do przetwarzania (transformacji)
energii elektrycznej. Celem przetwarzania jest podwyższanie lub obniżanie napięcia, co
powoduje zmniejszanie lub zwiększanie natężenia prądu. Przetwarzanie energii odbywa się za
pośrednictwem pola magnetycznego.
Rys. 1. Schemat ideowy transformatora i widok transformatora
Uproszczony schemat konstrukcyjny transformatora przedstawia rys. 1. Na
ferromagnetycznym rdzeniu nawinięte są dwa uzwojenia, uzwojenie pierwotne i wtórne.
Rdzeń transformatora jest na ogół wykonany z cienkich, wzajemnie izolowanych blach
stalowych, uzwojenia z izolowanego drutu miedzianego. Właściwości transformatora
opisywane są dla następujących stanów pracy: stanu jałowego, obciążenia, zwarcia. Straty
mocy czynnej podczas pracy transformatora występują głównie w rdzeniu (na prądy wirowe i
histerezę magnetyczną) i uzwojeniach (na ich rezystancji).
Przekładnią transformatora jednofazowego nazywa się stosunek siły elektromotorycznej
strony pierwotnej E1 do siły elektromotorycznej po stronie wtórnej E2. Oblicza się go ze
stosunku liczby zwojów strony pierwotnej N1 do wtórnej N2. W praktyce pomiaru przekładni
dokonuje się pomiaru napięć po stronie pierwotnej U10 i wtórnej U20 transformatora w stanie
jałowym. Spadki napięć wywołane prądem w stanie jałowym są bardzo małe i można przyjąć:
E1 ≈ U10 ,
E2 ≈ U 20 ,
1
a przełożenie:
ϑ=
E1 N1 U10
=
≅
E2 N 2 U 20
Stan jałowy transformatora jednofazowego
Jeżeli uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem U1 a obwód wtórny rozwarty (prąd I2=0)
transformator znajduje się w stanie jałowym. Prąd stanu jałowego I1=I0.
Rys. 2. Schemat zastępczy transformatora w stanie jałowym
Analiza właściwości transformatora zostanie przeprowadza w oparciu o schemat zastępczy.
Schemat transformatora uwzględniający powstające strumienie magnetyczne – główny i
strumienie rozproszenia przedstawiono na rys. 2.
Spadek napięcia na rezystancji uzwojenia:
U1 = R1 I 0 + jX L1 I 0 + E1
(1)
gdzie:
I 0 = I Fe + I µ
Straty w rdzeniu reprezentuje sobą rezystor RFe, reaktancja Xµ jest związana ze strumieniem
głównym.
Stan obciążenia transformatora jednofazowego
Jeżeli transformator znajduje się w stanie obciążenia, tzn. dołączony jest odbiornik o
impedancji Z0 to w obwodzie wtórnym płynie prąd I2.
Bilans napięć dla strony wtórnej transformatora obciążonego:
E2 = R2 I 2 + jX 2 I 2 + U 2
(2)
Równania 1 i 2 opisują obwód pokazany na rysunku 3. Dla uproszczenia obliczeń przyjmuje
się równość napięć E1 i E’2. E’2 jest to napięcie strony wtórnej sprowadzone na stronę
pierwotną:
E' 2 = E2υ .
Rys. 3 Schemat zastępczy dla stanu obciążenia
2
Pomiary
1. Przekładnia transformatora ϑ .
Lp.
ϑ
-
U2
V
U1
V
1
2
3
ϑśr = …………
2. Stan jałowy transformatora
Rys. Schemat układu pomiarowego
Lp.
I0
[A]
U10
[V]
Pomiary
U20
[V]
P0
[W]
cosϕ0
-
cosϕ0
-
Obliczenia
IFe
[A
Iµ
[A]
1
2
3
4
5
cos ϕ 0 =
P0
P
, I Fe = I 0 cos ϕ 0 = 0 , I µ = I 0 sin ϕ 0
U 10 I 0
U 10
3. Stan obciążenia transformatora
Rys. 3. Schemat pomiarowy transformatora w stanie obciążenia
3
Lp.
U1
[V]
I1
[A]
Pomiary
P1
U2
[W]
[V]
I2
[A]
cosϕ1
-
Obliczenia
P2
cosϕ1
η
[W]
-
1
2
3
4
5
cos ϕ 2 = 1 = const .
P2 = U 2 I 2 cos ϕ 2 - moc czynna po stronie wtórnej,
P
η = 2 - sprawności transformatora obciążonego,
P1
P
cos ϕ1 = 1 - współczynnik mocy transformatora po stronie pierwotnej,
U 1 I1
Opracowanie wyników i wnioski
...........................................................................
Data
Podpis prowadzącego
4