transformatora jednofazowego.

Transkrypt

1 Badanie transformatora jednofazowego. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadami działania oraz podstawowymi właściwościami transformatora jednofazowego pracującego w stanie jałowym, zwarcia oraz obciążenia. Transformator jest maszyną elektryczną pozwalająca na zmianę parametrów prądu przemiennego. Dzięki niemu można obniżać lub podwyższać napięcie oraz podwyższać lub obniżać natężenie prądu. Transformator nie zmienia wartości 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 się brakiem obciążenia, w stanie zwarcia, podczas którego zwarte są zaciski uzwojenia wtórnego, w stanie obciążenia, podczas którego z zacisków uzwojenia wtórnego jest pobierana energia. W stanie jałowym moc pobierana przez transformator jest minimalna i przeznaczona na pokrycie strat związanych z magnesowaniem rdzenia transformatora oraz straty na grzanie uzwojenia pierwotnego. W uzwojeniu wtórnym nie płynie prąd, natomiast mierzone na nim napięcie jest równe indukującej się w nim SEM. Transformator w stanie jałowym można opisać parametrami schematu zastępczego przedstawionego na rys. 1. Rys. 1. Schemat zastępczy transformatora w stanie jałowym. W wyniku badania stanu jałowego transformatora możemy otrzymać: przekładnię: straty w rdzeniu: P Fe = P 0 R 1 P 0 współczynnik mocy: cosφ 0 = składową czynnąą prądu jałowego: składową bierną prądu jałowego:

2 rezystancję: reaktancję: charakterystyki stanu jałowego: I 0 = fu 1 ); P Fe = f U 1 ) W stanie zwarcia praktycznie cała moc pobierana przez transformator jest zużywana na straty wynikające z nagrzewania jego uzwojeń. Straty na magnesowanie rdzenia są w porównaniu z nimi pomijalne. Zwarcie przy napięciu znamionowym powoduje znaczne przekroczenie natężenia prądu znamionowego transformatora, silne nagrzewanie uzwojeń, a co za tym idzie uszkodzenie ich izolacji i bardzo szybkie zniszczenie transformatora. Jednak dla celów badania transformatora może być wykonywane zwarcie pomiarowe. Polega ono na zasileniu transformatora obniżonym napięciem, takim, przy którym prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym a co za tym idzie i wtórnym) osiąga wartość znamionową. Schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia przedstawiono na rys. 2. Rys. 2. Schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia. W wyniku badania stanu zwarcia można wyznaczyć: straty w uzwojeniu: współczynnik mocy w stanie zwarcia: impedancję zwarciową: P Cu = P z cosφ z = rezystancję zwarciową:!" R z = R 1 + R 2 ; R 1 R 2 reaktancję zwarciową: procentowe napięcie zwarcia: X z = X 1 + X 2 ; X 1 X 2 # % 100 W stanie obciążenia, transformator jest obciążony konkretną mocą wynikającą z potrzeb podpiętego do niego obciążenia. Uzwojenie pierwotne pobiera prąd, a uzwojenie wtórne oddaje go do odbiornika. Transformator przekazuje moc pobieraną z sieci do obciążenia. Stan pracy transformatora pod obciążeniem ilustruje schemat zastępczy przedstawiony na rys. 3.

3 Rys. 3. Schemat zastępczy transformatora w stanie obciążenia. Parametry uzwojenia wtórnego transformatora są sprowadzane na uzwojenie pierwotne w schemacie zastępczym poprzez nast. przeliczenia: +, ; +, W wyniku pomiarów stanu obciążenia można wyznaczyć między innymi: moc pozorną transformatora: S = S 1 = U 1 I 1 = S 2 = U 2 2I 2 = U 2 I 2 moc bierną transformatora: straty w uzwojeniach: sprawność transformatora: ; ) ) ; * -./ 0 7 * Pomiary. 1. Badanie stanu jałowego. Pomiarów dokonujemy na transformatorze połączonym zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4. Rys. 4. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie jałowym.

4 Pomiarów dokonujemy dla kilku wartości napięcia zasilania, w tym dla napięcia znamionowego. Wyniki umieszczamy w tabeli 1. W oparciu o wykonane pomiary wyznaczamy następujące parametry stanu jałowego: przekładnię transformatora, straty w rdzeniu, współczynnik mocy, składową czynnąą i bierną prądu jałowego, rezystancję i reaktancję; R Fe i X µ rysujemy charakterystyki biegu jałowego: I 0 = fu 1 ); P Fe = f U 1 ) Tabela 1. U 1 I 1 P 1 U 2 n P Fe cosφ 0 I Fe I µ V A W V --- W A A R Fe X µ Ω Ω 2. Badanie stanu zwarcia Pomiarów dokonujemy na układzie, którego schemat przedstawia rys. 5. W celu uniknięcia pojawienia się na zaciskach uzwojenia pierwotnego badanego transformatora dużego napięcia, autotransformator zasilamy z transformatora bezpieczeństwa, albo w szereg z nim wpinamy dużą rezystancję. Powoli podwyższamy napięcie zasilania, aż uzyskujemy w uzwojeniu pierwotnym znamionową wartość natężenia prądu. Wyniki pomiarów umieszczamy w tabeli 2. Rys. 5. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie zwarcia. W oparciu o wykonane pomiary wyznaczamy: straty w uzwojeniu współczynnik mocy w stanie zwarcia impedancję, rezystancję i reaktancję zwarciową rezystancję i reaktancję strony pierwotnej i wtórnej transformatora procentowe napięcie zwarcia

5 Tabela 2. I 1N U z P z P Cu cosφ z Z z R z X z R 1 R 2 X 1 X 2 u z% A V W W --- Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω % 3. Badanie stanu obciążenia Pomiarów dokonujemy w układzie przedstawionym na rys U 1 2 obc 1.2 Rys. 5. Schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie zwarcia. 2.2 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. U 1 I 1 P 1 U 2 I 2 P 2 S Q cosφ P Cu η V I W V I W VA war --- W --- W oparciu o wykonane pomiary wyznacz: moc pozorną moc bierną współczynnik mocy straty mocy w uzwojeniach sprawność transformatora wykreśl charakterystykę obciążenia U 2 = fi 2 ) Literatura: E.Goźlińska Maszyny elektryczne WSiP Warszawa 1995