BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO Cel ćwicenia Ponanie budowy i asady diałania ora metod badania i podstawowych charakterystyk transformatora jednofaowego. I. WIADOMOŚCI TEORETYCZNE Budowa i asada diałania Transformatorem naywamy urądenie służące do miany napięć i natężeń prądów premiennych na asadie indukcji elektromagnetycnej be udiału ruchu mechanicnego. Transformator składa się rdenia, wykonanego cienkich stalowych blach (ogranicenie strat wiroprądowych) i dwóch uwojeń: pierwotnego, które pobiera energię elektrycną e źródła ( sieci) i wtórnego, które oddaje energię elektrycną (odbiornikom). Pod wpływem pryłożonego napięcia premiennego w uwojeniu pierwotnym płynie prąd premienny. Prąd ten wywołuje w rdeniu transformatora premienny strumień magnetycny Φ wany strumieniem głównym, który jest skojarony obydwoma uwojeniami i indukuje w tych uwojeniach siły elektromotorycne o wartościach skutecnych: E 4, 44fΦ m i E 4, 44fΦ m Dieląc powyżse równania stronami, otrymamy: E ϑ - stosunek ten naywamy prekładnią transformatora. E.. Stan jałowy Stanem jałowym naywamy taki stan transformatora, w którym jedno uwojeń, np. uwojenie górnego tn. wyżsego napięcia, asilane jest napięciem, o wartości namionowej, a uwojenie drugie, dolnego tn. niżsego napięcia jest rowarte (cyli I0). Prąd I0 pobierany w stanie jałowym pry namionowym napięciu w transformatorach - faowych, wynosi najcęściej (5...)% In. W stanie jałowym E, E 0 więc prekładnia transformatora równa jest dość dużą dokładnością stosunkowi wartości skutecnych napięć, wynaconych w stanie jałowym: ϑ 0 Premienny strumień magnetycny Φ powoduje powstanie w rdeniu strat histerey ora od prądów wirowych. Całość tych strat naywamy stratami w rdeniu lub stratami jałowymi transformatora P 0 i są one proporcjonalne do kwadratu napięcia. Straty mocy w uwojeniu pierwotnym (RI ) są bardo małe i je pomijamy. Współcynnik mocy 0 P0 na biegu jałowym transformatora: cosϕ 0 I Charakterystyki stanu jałowego transformatora jednofaowego to prebiegi P0, I0 ora cosϕ0 w funkcji napięcia pierwotnego: 0
.. Stan warcia pomiarowego Próbę warcia pomiarowego transformatora preprowadamy w celu pomierenia strat mocy w jego uwojeniach ora dla określenia napięcia warcia. Napięciem warcia transformatora naywamy napięcie, jakie należy pryłożyć do acisków uwojenia pierwotnego, aby pry wartych aciskach uwojenia wtórnego spowodować prepływ prądu namionowego w obu uwojeniach. Napięcie warcia jest wykle niewielkie i wynosi kilka lub kilkanaście procent napięcia namionowego. Napięcie warcia: Z IN, impedancja warcia: Z, reystancja I P warcia: R IN Napięcie warcia wyrażone w procentach napięcia namionowego: u % 0% W ależności od mocy i konstrukcji transformatorów napięcie warcia waha się w granicach,5 5 % N. Znając napięcie warcia można wylicyć prąd, jaki popłynąłby podcas warcia N awaryjnego: I IN Moc pobierana pry warciu P praktycnie w całości pokrywa straty obciążeniowe w uwojeniach: P P R I + R I Współcynnik mocy w stanie warcia: Z u N N P cos ϕ I N Charakterystyki stanu warcia, to prebiegi strat warciowych, prądu warcia i współcynnika mocy w funkcji napięcia warcia. N N
.4. Stan obciążenia W stanie obciążenia transformatora można wynacyć jego charakterystykę ewnętrną ora charakterystykę sprawności. Charakterystyką ewnętrną transformatora naywamy ależność napięcia na aciskach uwojenia wtórnego od prądu wtórnego I pry nconst, fconst, cosφconst. Charakterystyki sprawności transformatora jednofaowego Sprawność transformatora można również wynacyć tw. metodą strat poscególnych. Moc cynna P pobierana pre uwojenie pierwotne jest równa sumie mocy cynnej P, oddawanej pre uwojenie wtórne ora stratom mocy; w uwojeniach Pu (wynaconym w próbie warcia) ora w rdeniu P0 (wynaconym w próbie stanu jałowego). Sprawność transformatora
P η P 0% P P + P0 + P 0% u Ponieważ moc strony wtórnej P P I cosϕ, cosϕ I wobec tego sprawność I cosϕ η 0% I cosϕ + P0 + P u Sprawność nowocesnych transformatorów jest duża i wykle prekraca 97%, w jednostkach wielkiej mocy dochodi do 99%. Najcęściej maksimum achodi pry obciążeniach (40...60)% namionowego. Pry obciążeniu namionowym, tn. dla IIn, straty obciążeniowe są kilkakrotnie więkse od strat jałowych. 4
II. POMIARY Badanie transformatora jednofaowego. Oględiny i dane namionowe Należy aponać się budową transformatora i anotować jego dane namionowe tablicki namionowej.. Pomiar reystancji uwojeń Reystancję uwojeń należy pomieryć mostkiem Wheatstone'a lub Thomsona. Wyniki pomiarów: wojenie górnego napięcia R... wojenie dolnego napięcia R.... Pomiar prekładni Pomiary należy wykonać wg schematu pry napięciu pierwotnym namionowym, ora pry napięciach różniących się od namionowego o 5%. Na podstawie danych namionowych należy oblicyć prekładnię namionową transformatora i porównać ją wartością prekładni obliconej na podstawie pomiarów. Wyniki pomiarów ora obliceń estawić w tablicy. Pomiary Lp. 0 ϑ pom Oblicenia ϑ V V - - 0 n 4. Próba stanu jałowego Badanie transformatora w stanie jałowym należy wykonać w układie: n n Pomiary należy wykonać dla kilku wartości napięcia w granicach (0...,)N. Jeden pomiarów należy wykonać dla napięcia namionowego. Na podstawie pomiarów oblicyć współcynnik mocy 5
P0 cos ϕ I Wyniki pomiarów i obliceń estawić w tabelce. Pomiary Lp. P0 4 5 6 7 8 9 0 Obliceni a I0 0 cosϕ 0 P I α Cw P0 wagi V d W/d W A - Na podstawie pomiarów i obliceń wykreślić charakterystyki stanu jałowego: P0f(); I0f(); cos ϕ0f(). 5. Próba warcia pomiarowego kład połąceń dla próby warcia pomiarowego: 0 wojenie wtórne (wykle uwojenie niskiego napięcia) wieramy krótkim prewodem o dużym prekroju, a do uwojenia pierwotnego doprowadamy napięcie autotransformatora. Napięcie to regulujemy tak, aby prąd mieniał się w granicach (0,...,)IN. Jeden pomiarów należy wykonać dla prądu namionowego. Wyniki pomiarów i obliceń estawić w tabelce. Pomiary Oblicenia Lp. I P R Z X cos φ u I 4 5 α Cw P V A d W/d W Ω Ω Ω - % % 6
6 7 8 9 Badanie transformatora jednofaowego Na podstawie pomiarów i obliceń wykreślić charakterystyki warcia pomiarowego: If(); Pf(); cosφf(). 6. Wynacenie charakterystyki ewnętrnej Charakterystykę należy wynacyć w układie: Zamykamy wyłącnik w i nastawiamy napięcie namionowe na uwojeniu pierwotnym. Podcas pomiarów, napięcie to należy doregulowywać tak, aby miało ono stałą wartość. Następnie amykamy wyłącnik w i mniejsając reystancję odbiornika, więksamy stopniowo prąd. Należy wykonać kilka pomiarów dla prądu I w granicach (0,...,)In, pry obciążeniu reystancyjnym i reystancyjno-indukcyjnym. Na podstawie pomiarów oblicyć cosϕ, cosφ, ora sprawność transformatora η według woru: η P 0% P Wyniki pomiarów i obliceń estawić w tabelce. Pomiary Oblicenia Lp. I P I P cos ϕ cos ϕ η ϑ α Cw P α Cw P V A d W/d W V A d W/d W - - % - 4 5 6 7 8 9 7
Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystyki ewnętrną i sprawności transformatora. III. WNIOSKI W dyskusji wyników pomiarów należy prede wsystkim wrócić uwagę na otrymane charakterystyki ewnętrne i charakterystyki sprawności transformatora. Sprawdić, cy krywe sprawności osiągają maksimum w punkcie, dla którego straty obciążeniowe są równe stratom jałowym. 8