ćwiczenie nr 18

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA
Badanie transformatora
Temat:
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest dokonanie pomiarów parametrów charakterystycznych jednofazowego
transformatora sieciowego.
Spis przyrządów
1. Omomierz cyfrowy.
2. Woltomierz napięć zmiennych (RMS) - 2 szt..
3. Amperomierz prądów zmiennych (RMS).
4. Termometr cyfrowy.
5. Autotransformator sieciowy.
6. Transformator ochronny.
7. Rezystory suwakowe 10Ω, 100Ω (2A).
2. Schemat ideowy:
230 V
50 Hz
VAC U1
transformator autotransformator
ochronny
sieciowy
U2
VAC
transformator
badany
Rys.1. Schemat układu do pomiarów przekładni napięciowej transformatora sieciowego
transformator
ochronny
Ij
AAC
230 V
50 Hz
VAC
R
autotransformator
sieciowy
we X
U1
U2
miernik
zniekszta³ceñ
transformator
badany
we Y
Rys.2. Schemat układu do pomiarów zależności prądu jałowego od napięcia uzwojenia
pierwotnego transformatora sieciowego
transformator
ochronny
I1
I2
AAC
AAC
230 V
50 Hz
VAC U1
autotransformator
sieciowy
100Ω
U2 VAC
transformator
badany
10Ω
rezystory
suwakowe
Rys.3. Schemat układu do pomiarów charakterystyki obciążenia transformatora sieciowego
3. Polecenia:
1.) Dokonaj pomiaru przekładni napięciowej i rezystancji uzwojeń transformatora. Przekładnię
napięciową transformatora sieciowego mierzyć w układzie pokazanym na rys.1. Przekładnię
wyliczyć z wzoru (1).
n=
U1
U2
(1)
2.) Za pomocą omomierza cyfrowego zmierzyć rezystancje uzwojeń transformatora o temperaturze
pokojowej ("zimnego"). Na końcu ćwiczenia powtórzyć te pomiary dla transformatora
nagrzanego mocą strat ("gorącego"). Porównać i ocenić oba wyniki.
3.) Wykonaj pomiary zależności prądu biegu jałowego transformatora sieciowego od napięcia.
W układzie pokazanym na rys.2 zmierz zależność wartości skutecznej prądu jałowego Ij
od napięcia uzwojenia pierwotnego U1 transformatora sieciowego (Ij=f(U1)).
4.) Zmierz zależność przesunięcia fazowego ϕ między napięciem U1 i prądem I j (oscyloskopem,
metodą elipsy) od napięcia U1 .
5.) Napięcie U1 zmieniaj od zera do wartości większej o 10% od nominalnej (podanej przez
prowadzącego zajęcia). Uwaga: maksymalna wartość prądu jałowego nie może przekroczyć
dopuszczalnego prądu uzwojenia pierwotnego, wynikającego z mocy obliczeniowej Ptr
transformatora (2) (wartość mocy obliczeniowej podaje prowadzący ćwiczenia).
P
I j max = I1 ≈ tr
U1
(2)
6.) W czasie pomiarów zaobserwuj zmiany kształtu przebiegu czasowego napięcia uzwojenia
wtórnego transformatora. Kilka charakterystycznych oscylogramów zamieścić w sprawozdaniu.
7.) Zmierzone zależności I j = f (U1 ) i h = f (U1 ) przedstawić w formie wykresów na wspólnym
rysunku.
8.) Oblicz składowe prądu jałowego: czynną (rezystancyjną) I r z wzoru (3) i bierną (indukcyjną,
tzw. prąd magnesujący) I m z wzoru (4).
I r = I j cos(ϕ )
(3)
I m = I j sin(ϕ )
(4)
9.) Wykreśl charakterystyki I r = f (U1 ) i I m = f (U1 ) .
10.) Porównać wartości prądu jałowego, prądu rezystancyjnego i prądu magnesującego,
odpowiadające znamionowemu napięciu sieci U1 = 230 V, oraz wartość prądu uzwojenia
pierwotnego, danego wzorem (2). Wyznaczyć indukcyjność główną transformatora z wzoru
Lm =
U1
2πfI m (U1 )
(5)
gdzie f = 50 Hz jest częstotliwością sieci energetycznej (obliczenie wykonać dla napięcia U1 ,
któremu odpowiada niewielka wartość indukcji, a więc liniowa praca transformatora).
11.) Zrealizuj pomiar charakterystyki obciążenia transformatora. W układzie pomiarowym,
pokazanym na rys.3, zmierz zależność napięcia uzwojenia wtórnego U 2 i prądu uzwojenia
pierwotnego I1 od prądu uzwojenia wtórnego I 2 przy stałym napięciu uzwojenia pierwotnego
U1 = 230 V.
12.) Prąd I 2 zmieniaj od wartości minimalnej do wartości danej wzorem (6) za pomocą
połączonych szeregowo rezystorów suwakowych 100Ω i 10Ω. Wykreślić charakterystyki
U 2 = f ( I 2 ) oraz I1 = f ( I 2 ) .
P
I 2 = tr
U2
(6)
13.) Wyznacz moc obliczeniową, rezystancję wewnętrzną i sprawność transformatora (zależności
(7), (8) i (9) ) przy maksymalnym prądzie wyjściowym.
Ptr =
1
(U1I1 + U 2 I 2 )
2
(7)
Rw =
dU 2 ∆U 2
≈
dI 2
∆I 2
(8)
η tr =
P2 U 2 I 2
≈
P1 U1I1
(9)
14.) Dla transformatora obciążonego mocą znamionową zmierz za pomocą termometru cyfrowego
zależność temperatury rdzenia od czasu. Końcówkę sondy pomiarowej termometru cyfrowego
umieścić w okolicach środka powierzchni bocznej rdzenia. W celu uzyskania większej
dokładności pomiaru temperatury, w miejscu kontaktu zastosować niewielką ilość smaru
silikonowego. Wykreślić zależność temperatury od czasu i oszacować wartość cieplnej stałej
czasowej.
Włączenie zasilania badanych obwodów oraz urządzeń służących do przeprowadzenia
badań może zostać wykonane tylko za wyraźną zgodą prowadzącego zajęcia. Zgoda taka musi
zostać uzyskana przed każdym włączeniem zasilania.
W celu wykonania ćwiczenia przeprowadzić wszystkie czynności opisane w punkcie 3 Polecenia.
Zaliczenie ćwiczenia dokonywane jest na podstawie oceny przebiegu prac w trakcie zajęć
(na koniec zajęć należy przedstawić prowadzącemu zajęcia wyniki pracy) oraz sporządzonego
sprawozdania (każdy uczeń oddaje swoje sprawozdanie w zeszycie format A4) zawierającego informacje
opisane we „Wskazówkach do wykonania sprawozdania”.
Zagadnienia
1. Pojęcia indukcji, natężenia pola, strumienia magnetycznego, indukcyjności uzwojeń, związki między
tymi wielkościami, jednostki.
2. Podstawowe parametry i charakterystyki transformatora sieciowego, definicje, sposoby pomiaru,
układy pomiarowe, przewidywane przebiegi tych charakterystyk i wartości liczbowe parametrów.
3. Moc obliczeniowa (znamionowa) transformatora sieciowego, definicja, od jakich parametrów
konstrukcyjnych i materiałowych zależy jej wielkość.
4. Sprawność transformatora, przyczyny strat mocy, samonagrzewanie transformatora, i jego wpływ
na rezystancje uzwojeń.
5. Przekładnia napięciowa transformatora, od czego zależy wymagana liczba zwojów uzwojeń.
6. Prąd biegu jałowego, składowa czynna i prąd magnesujący, zależność od napięcia uzwojenia
pierwotnego, dopuszczalne wartości.
7. Konstrukcje transformatorów sieciowych, wpływ materiału i konstrukcji magnetowodu na parametry
transformatora.
8. Wpływ prądu stałego, płynącego przez uzwojenie wtórne na pracę transformatora, sposoby
zmniejszania tego wpływu.
Literatura
1. Kisiel R., Bajera A.: Podstawy konstruowania urządzeń elektronicznych. Ofic. Wyd. PW, Warszawa,
1999
2. Konopiński T., Pac R.: Transformatory i dławiki elektronicznych urządzeń zasilających. WNT,
Warszawa, 1979
3. Rusek M., Pasierbiński J.: Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach. WNT,
Warszawa, 1991