LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

Transkrypt

1 LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI CHARAKTERYSTYKI TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO

2 Badanie właściwości transformatora jednofazowego. Celem ćwiczenia jest poznanie budowy oraz wyznaczenie charakterystyk transformatora jednofazowego w róŝnych stanach pracy. 1. Wiadomości podstawowe. Transformator jest przeznaczony do przetwarzania napięcia i prądu o jednej wartości, na napięcie i prąd o innej wartości i tej samej częstotliwości. W transformatorze wykorzystuje się zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Zasadniczymi częściami transformatora są: rdzeń wykonany w postaci pakietu blach ze specjalnych gatunków stali elektrotechnicznej i nawinięte na nim uzwojenia górnego i dolnego napięcia. Rdzeń stanowi dla strumienia magnetycznego, wytwarzanego przez prąd płynący w obu uzwojeniach, drogę o duŝej przenikalności magnetycznej. Uzwojenie transformatora połączone ze źródłem napięcia zasilającego nazywa się uzwojeniem pierwotnym. Uzwojenie połączone z obciąŝeniem jest uzwojeniem wtórnym. Napięcia i prądy związane z uzwojeniem pierwotnym nazywamy pierwotnymi, a związane z uzwojeniem wtórnym nazywamy wtórnymi. Wszystkie wielkości i parametry uzwojenia pierwotnego oznaczamy wskaźnikiem 1, a uzwojenia wtórnego wskaźnikiem. W zaleŝności od środowiska w jakim zamyka się wytworzony wokół uzwojeń strumień magnetyczny, rozróŝniamy transformatory powietrzne i transformatory z rdzeniem ferromagnetycznym. Rys 1. Schemat budowy transformatora Przekładnią transformatora ν nazywamy stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego z 1 do liczby zwojów uzwojenia wtórnego z, czyli v = z z 1 JeŜeli transformator jest transformatorem obniŝającym napięcie to korzystając ze wzoru na siły elektromotoryczne: E1 = 4, 44z1 fφ U1 E = 4, 44z fφ U

3 MoŜemy w stanie jałowym przyjmując, Ŝe E1 U i E U 0 wyznaczyć przekładnię ze wzoru: v = f- częstotliwość, Φ strumień magnetyczny w rdzeniu, U napięcie pierwotne, U 0 napięcie wtórne transformatora nieobciąŝonego. U U Zasada działania transformatora. Na rys. a przedstawione są dwa uzwojenia umieszczone na wspólnym rdzeniu, nawinięte zgodnie, a na rys. b przeciwnie. Do uzwojenia pierwotnego o liczbie zwojów z 1 dołączone jest źródło napięcia sinusoidalnego. W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd sinusoidalny o wartości chwilowej i 1. W wyniku przepływu tego prądu w przestrzeni otaczającej uzwojenie pierwotne, a więc w rdzeniu powstaje zmienny strumień magnetyczny ф 11 o zaznaczonym na rys. a zwrocie. Strumień główny ф g1 mniejszy od strumienia ф 11 o wartość strumienia rozproszenia ф s1, kojarzy się z uzwojeniem wtórnym o liczbie zwojów z i indukuje w tym uzwojeniu napięcie indukcji wzajemnej przy czym Ψ 1 =z ф g1. 0 d ψ dt 1 u M = JeŜeli do uzwojenia wtórnego dołączony jest odbiornik, to pod wpływem zaindukowanego w tym uzwojeniu napięcia popłynie prąd i. Zwrot prądu i wynika z reguły Lenza. 3

4 Rys. Transformator dwuuzwojeniowy: a) uzwojenia nawinięte zgodnie; b) uzwojenia nawinięte przeciwnie Reguła Lenza w obwodzie zamkniętym zwrot siły elektromotorycznej indukowanej e oraz prądu indukowanego i jest taki, Ŝe wielkości te przeciwdziałają zmianom strumienia magnetycznego będącego ich źródłem, a więc zmniejszają strumień wtedy, gdy jest on w stanie narastania, a powiększają go, gdy jest on stanie zanikania. Na rys. strumień magnetyczny wytworzony przez prąd wtórny oznaczono przez ф.w obu przypadkach przy zgodnym i przeciwnym nawinięciu uzwojeń strumienie magnetyczne ф 11 i ф mają zwroty przeciwne. Na rys. oznaczono teŝ zaciski jednoimienne, a więc niezaleŝnie od kierunku nawinięcia uzwojeń prądy maja zwroty przeciwne względem zacisków jednoimiennych. Z punktu widzenia charakteru pracy rozróŝniamy: - stan jałowy pracy transformatora, gdy jego zaciski wtórne są rozwarte, - stan zwarcia transformatora, gdy jego zaciski wtórne są połączone bezimpedancyjnie, tzn. zwarte - stan obciąŝenia transformatora, gdy do jego zacisków wtórnych dołączony jest odbiornik. 4

5 Wzory do obliczeń: Stan jałowy - moc pobierana przez transformator P = P Fe + PCu dla I <<I 1n P P - współczynnik mocy 0 Fe P P0 cosϕ 0 = Fe = U I U I - moc bierna pobierana Q = PFe tgϕ 0 P0 tgϕ 0 - prąd magnesujący I µ = I sinϕ 0 - prąd strat w Ŝelazie I = I cosϕ Fe 0 Stan zwarcia P z P Cu - współczynnik mocy cosϕ z P = U I Cu Pz U I - impedancja zwarciowa Z 1 z = U I - rezystancja zwarciowa Pz R1 z = I - reaktancja zwarciowa X ( = Z R ) Stan obciąŝenia - sprawność P η = P1 P 1 moc pobierana przez transformator ze źródła napięcia, P moc oddawana do obciąŝenia. 5

6 LITERATURA - Atabiekow G. Teoria liniowych obwodów elektrycznych WNT. Warszawa Kurdziel R. Podstawy elektrotechniki PWN Warszawa Bolkowski S. Elektrotechnika teoretyczna WNT Warszawa Rajski Cz. Teoria obwodów Tom 1. WNT. Warszawa

7 Transformator Dane techniczne: Napięcie wejściowe: 0-30 V / 50 Hz Napięcie wyjściowe: 0-4 V / 50Hz Prąd znamionowy 6 A 7

8 . Przebieg ćwiczenia..1 Wyznaczanie przekładni transformatora w stanie jałowym Schemat połączeń. ATr ~30 V Tr U V V U Tabela pomiarowa. Lp. U [V] U 0 [V] Z obliczeń ν ν śr.. Badanie stanu jałowego transformatora...1. Schemat połączeń. I P 0 A W ~30 V ATr U V Tr U 0 8

9 ... Tabela pomiarowa. Lp. U [V] I [A] P Fe =P 0 [W] Z obliczeń cos ϕ 0 Q [var] I µ [A] I Fe [A].3. Badanie stanu zwarcia dla róŝnych wartości napięcia strony pierwotnej transformatora Schemat połączeń. I A W P 1 ~30 V ATr U V Tr I z.3.. Tabela pomiarowa. Lp. U [V] I [A] Pz [W] Z obliczeń cos ϕ z Z [Ω] R [Ω] X [Ω] 9

10 .4. Badanie transformatora obciąŝonego (dla róŝnych wartości obciąŝeń) Schemat połączeń. I 1 P 1 P I A W A W ATr ~30 V U 1 Tr V U V R obc.4.. Tabela pomiarowa. Lp. I [A] U [V] P 1 [W] P [W] Z obliczeń η Uwagi U 1n = 1 R 1 R 3 R 3 4 R 4 5 R 5 6 R 6 7 R 7 8 R 8 9 R 9 R

11 3. W sprawozdaniu. 1.Wykreślić charakterystyki I = f(u ), P Fe = f(u ), Q = f(u ), I Fe = f(u ), cosϕ 0 = f(u ) dla stanu jałowego transformatora i omówić ich przebieg.. Wykreślić charakterystyki I = f(u ), P z = f(u ), cosϕ = f(u ) dla stanu zwarcia transformatora i określić napięcie zwarcia U z w procentach napięcia znamionowego pierwotnego. 3. Wykreślić charakterystyki U = f(i ) i η= f(i ) dla transformatora obciąŝonego i omówić ich przebieg.