Ć W I C Z E N I E nr 9 BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO

Podobne dokumenty
INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie transformatora jednofazowego

transformatora jednofazowego.

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia.

BADANIE TRANSFORMATORA I.

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

Pracownia Elektrotechniki

Badanie transformatora

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Badanie transformatora

I. Cel ćwiczenia: Poznanie budowy i właściwości transformatora jednofazowego.

Badanie transformatora

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

LABORATORIUM PRZEKŁADNIKÓW

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Z TR C. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 3)

LABORATORIUM PRZEKŁADNIKÓW

Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej Instrukcja laboratoryjna LABORATORIUM ELEKTROENERGETYCZNEJ AUTOMATYKI ZABEZPIECZENIOWEJ

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Transformatory. Budowa i sposób działania

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Ćwiczenie 6. BADANIE TRANSFORMATORÓW STANOWISKO I. Badanie transformatora jednofazowego V 1 X

LABORATORIUM PRZEKŁADNIKÓW

POMIARY MOCY (OBWODY JEDNO- I TRÓJFAZOWE). POMIARY PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODACH TRÓJFAZOWYCH

ĆWICZENIE NR 7. Badanie i pomiary transformatora

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Schemat ten jest stosowany w schematach zastępczych sieci elektroenergetycznych, przy obliczeniach prądów zwarciowych.

14. PARAMETRY PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH

Ćwiczenie nr.13 Pomiar mocy czynnej prądu trójfazowego

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Ćwiczenie 4 Badanie wpływu napięcia na prąd. Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych elementów pasywnych... 68

XXXIV OOwEE - Kraków 2011 Grupa Elektryczna

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

Katedra Elektroniki ZSTi. Lekcja 12. Rodzaje mierników elektrycznych. Pomiary napięći prądów

Pomiar mocy czynnej, biernej i pozornej

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

ĆWICZENIE 2 BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

PL B1. Sposób wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych dla przebiegów odkształconych

BADANIE PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7. Pomiar mocy czynnej, biernej i cosφ

OBWODY MAGNETYCZNE SPRZĘśONE

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 28 PRĄD PRZEMIENNY

III.2. Badanie transformatora jednofazowego

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Lekcja 69. Budowa przyrządów pomiarowych.

Przykład ułożenia uzwojeń

Lekcja 10. Temat: Moc odbiorników prądu stałego. Moc czynna, bierna i pozorna w obwodach prądu zmiennego.

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 4)

Miernictwo I INF Wykład 13 dr Adam Polak

Impedancje i moce odbiorników prądu zmiennego

st. stacjonarne I st. inżynierskie, Energetyka Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr 4 OBWODY TRÓJFAZOWE

Ć w i c z e n i e 1 6 BADANIE PROSTOWNIKÓW NIESTEROWANYCH

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

PL B1. Sposób oceny dokładności transformacji indukcyjnych przekładników prądowych dla prądów odkształconych. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

Ć wiczenie 2 POMIARY REZYSTANCJI, INDUKCYJNOŚCI I POJEMNOŚCI

WYKŁAD 4 STAN JAŁOWY I ZWARCIE TRANSFORMATORA

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Laboratorium Elektromechaniczne Systemy Napędowe BADANIE AUTONOMICZNEGO GENERATORA INDUKCYJNEGO

Ćwiczenie nr.14. Pomiar mocy biernej prądu trójfazowego. Q=UIsinϕ (1)

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Ćwiczenie nr 7. Badanie wybranych elementów i układów z rdzeniami ferromagnetycznymi

Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych prądu stałego i przemiennego

W3 Identyfikacja parametrów maszyny synchronicznej. Program ćwiczenia:

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE POWIERZCHNI PŁASKICH

WYKŁAD 2 INDUKOWANIE SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ

Układy regulacji i pomiaru napięcia zmiennego.

ĆWICZENIE T2 PRACA RÓWNOLEGŁA TRANSFORMATORÓW

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Pomiary dużych prądów o f = 50Hz

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Urządzenia przeciwwybuchowe badanie transformatora

Obwody sprzężone magnetycznie.

ĆWICZENIE 6 BADANIE OBWODÓW MAGNETYCZNYCH

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

Miernictwo - W10 - dr Adam Polak Notatki: Marcin Chwedziak. Miernictwo I. dr Adam Polak WYKŁAD 10

Badanie transformatora

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

ENS1C BADANIE DŁAWIKA E04

O różnych urządzeniach elektrycznych

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

X L = jωl. Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną

Badanie prądnicy prądu stałego

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

CZĘŚĆ DRUGA Obliczanie rozpływu prądów, spadków napięć, strat napięcia, współczynnika mocy

Transkrypt:

Ć W I C Z E N I E nr 9 BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO CEL ĆWICZENIA: poznanie zasady działania, budowy, właściwości i metod badania transformatora. PROGRAM ĆWICZENIA. Wiadomości ogólne.. Budowa i zasada działania transformatora..stan jałowy transformatora.3.stan obciążenia transformatora.4.straty mocy czynnej i sprawność transformatora.5.charakterystyka zewnętrzna i zmienność napięcia transformatora. Badania laboratoryjne..schemat układu połączeń..wykonanie pomiarów.3.opracowanie wyników pomiarów 3. Uwagi i wnioski 4. Pytania kontrolne

. WIADOMOŚCI OGÓLNE.. Budowa i zasada działania transformatora Transformator jest urządzeniem elektrycznym, działającym na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, służącym do zmiany wartości napięć i prądów przemiennych przy prawie niezmiennej mocy. Transformator jest scharakteryzowany przez następujące ważniejsze wielkości znamionowe: a) moc pozorna w V*A, kv*a lub MV*A, b) napięcia pierwotne i wtórne w V lub kv, c) prądy pierwotny i wtórny w A lub ka. Ze względu na zastosowanie i wartość mocy transformatory można podzielić na dwie zasadnicze grupy: -- transformatory jednofazowe, o mocach do kilkuset woltoamperów. Transformatory te są stosowane między innymi w miernictwie elektrycznym, jako tzw. przekładniki oraz w elektronice jako transformatory zasilające urządzenia elektroniczne. -- transformatory trójfazowe, o mocach, dochodzących do kilkuset magawoltoamperów i napięciach rzędu setek kilowoltów. Są to najczęściej transformatory olejowe, w których olej spełnia rolę czynnika chłodzącego oraz stanowi dodatkową izolację elektryczną. Transformatory te stosowane są przy przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości. Zasadniczymi elementami transformatora jednofazowego są: a) obwód magnetyczny, tzw. rdzeń, wykonany z pakietu cienkich (o grubości 0,35 mm) blach ferromagnetycznych, odizolowanych elektrycznie od siebie, będących stopem żelaza o znikomej zawartości węgla (ok. 0,05%) oraz krzemu (ok. 3,5%), b) co najmniej dwa uzwojenia elektryczne, wykonane z izolowanego drutu nawojowego, najczęściej miedzianego, umieszczone na rdzeniu. Na rys. przedstawiono schemat transformatora jednofazowego. Rys.. Schemat transformatora jednofazowego: M- obwód magnetyczny (rdzeń); φ- strumień magnetyczny w rdzeniu; z, z - liczby zwojów, odpowiednio: uzwojenia pierwotnego i wtórnego; G- źródło napięcia zasilającego; O- odbiornik energii elektrycznej; U, I - odpowiednio: napięcie pierwotne i prąd pierwotny; U, I - odpowiednio: napięcie wtórne i prąd wtórny. Uzwojenie, do którego przyłożone jest napięcie zasilające nazywa się uzwojeniem pierwotnym, natomiast uzwojenie, do którego przyłączony jest odbiornik- uzwojeniem

wtórnym. Przepływ energii elektrycznej odbywa się w kierunku od źródła zasilającego do odbiornika. Nośnikiem energii w transformatorze jest strumień magnetyczny. Napięcie wtórne jest na ogół różne od napięcia pierwotnego. Jeżeli napięcie wtórne jest wyższe od napięcia pierwotnego, to transformator jest transformatorem podwyższającym napięcie, w przeciwnym przypadku- transformatorem obniżającym napięcie. Należy zaznaczyć, że ten sam transformator może być podwyższającym lub obniżającym napięcie w zależności od kierunku przepływającej energii... Stan jałowy transformatora W stanie jałowym transformatora uzwojenie pierwotne jest zasilane ze źródła napięcia sinusoidalnie zmiennego, a uzwojenie wtórne jest rozwarte tzn., że do zacisków tego uzwojenia nie jest przyłączony odbiornik i prąd I 0. Wówczas w uzwojeniu pierwotnym płynie tzw. prąd jałowy I o, którego wartość nie przekracza zwykle 0% prądu znamionowego. Prąd jałowy ma dwie składowe: bierną, związaną z wytwarzaniem strumienia w rdzeniu i czynną, związaną ze stratami mocy czynnej w rdzeniu. Udział tej drugiej w prądzie jałowym jest b. mały (współczynnik mocy transformatora w stanie jałowym cosϕ o (0,-0,3) i w dalszych rozważaniach można przyjąć, że strumień magnetyczny jest wytwarzany przez amperozwoje I o z. Sinusoidalnie zmienny strumień magnetyczny φ, skojarzony z uzwojeniami pierwotnym i wtórnym, indukuje w nich- zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznejsiły elektromotoryczne, o wartościach chwilowych, odpowiednio e z d φ () dt e z d φ () dt Dla wartości skutecznych wyrażenia () i () przyjmują następujące postacie E 444, fzφ m (3) E 444, fzφ m (4) gdzie:φ m - amplituda strumienia magnetycznego w rdzeniu w Wb, f- częstotliwość w Hz Dzieląc stronami wyrażenia (3) i (4) otrzymuje się wzór na przekładnię transformatora E z ϑ (5) E z W stanie jałowym prąd I 0, zatem U E, jeżeli jednocześnie założymy, że prąd I 0 0, to spadek napięcia w uzwojeniu pierwotnym będzie równy zeru i U E. Wówczas wzór (5) przyjmie postać, która nazywa się prawem transformacji napięć U z (6) U z Prawo transformacji napięć stosuje się w przekładnikach napięciowych, które są transformatorami obniżającymi wysokie napięcie (np. 6 kv) do wartości 00 V, co umożliwia pośredni pomiar tych napięć typowymi woltomierzami. Uzwojenie pierwotne przekładników prądowych dołączone jest do mierzonego napięcia, natomiast uzwojenie wtórne zasila woltomierz. 3

.3. Stan obciążenia transformatora Jeżeli do zacisków uzwojenia wtórnego przyłączymy odbiornik, to pod wpływem siły elektromotorycznej E w obwodzie wtórnym transformatora popłynie prąd I. Prąd ten, przepływając przez uzwojenie wtórne wytworzy strumień magnetyczny skierowany (zgodnie z regułą Lenza) przeciwnie do strumienia magnetycznego φ. Ponieważ napięcie pierwotne U nie uległo zmianie, to również strumień φ nie może się zmienić. Zatem w uzwojeniu pierwotnym popłynie taki prąd I, aby amperozwoje wypadkowe obydwu uzwojeń miały poprzednią wartość I 0 z, czyli Iz Iz Iz 0 (7) Jeżeli przyjąć jak poprzednio, że prąd jałowy I 0 0, to otrzymamy zależność, określającą prawo transformacji prądów Iz Iz (8) lub I z (9) I z ϑ Prawo transformacji prądów wykorzystuje się w przekładnikach prądowych, czyli w transformatorach obniżających b. duże prądy do wartości 5 A, umożliwiające pomiar pośredni tych prądów przy użyciu typowych amperomierzy. Uzwojenie pierwotne przekładników prądowych włączą się szeregowo w obwód mierzonego prądu, natomiast do uzwojenia wtórnego przyłącza się amperomierz. Moc pozorna transformatora po stronie pierwotnej wyraża się zależnością S UI (0) natomiast po stronie wtórnej S UI () Uwzględniając zależności (6) i (8) otrzymuje się prawo transformacji mocy S S () Jeżeli do zacisków uzwojenia wtórnego transformatora dołączy się odbiornik o impedancji Z0, to U Z0 (3) I wówczas impedancja między zaciskami pierwotnymi U Z (4) I Uwzględniając zależności (6) i (8) otrzymuje się prawo transformacji impedancji Z Zϑ (5) 0.4. Straty mocy czynnej i sprawność transformatora W transformatorze występują straty mocy czynnej w rdzeniu i uzwojeniach, powodujące nagrzewanie się tych elementów. Podczas przemagnesowania rdzenia przemiennym strumieniem magnetycznym φ powstają straty histerezowe P h ~ f B m (6) gdzie Bm -amplituda indukcji w rdzeniu, wyrażająca się zależnością B m φ m /s Fe, w której s jest przekrojem poprzecznym rdzenia. Fe 4

Jednocześnie przemienny strumień magnetyczny indukuje w rdzeniu prądy wirowe, które są przyczyną powstawania strat wiroprądowych P w ~ d f B m (7) w zależności tej wielkość d jest grubością blachy rdzenia Całkowite straty mocy w rdzeniu, czyli tzw. straty jałowe transformatora P P + P ~ B m (8) Fe h w Przy stałej częstotliwości f zachodzi proporcjonalność Φ m ~U, a stąd P Fe ~U (9) Jakość blach użytych do budowy rdzeni transformatorów ocenia się na podstawie stratności magnetycznej, czyli ilorazu całkowitych strat mocy w rdzeniu P Fe (w W) i masy rdzenia m Fe ( w kg). Obecnie podstawowym materiałem stosowanym do budowy rdzeni (patrz p..) jest blacha zimnowalcowana o stratności magnetycznej ok. 0,5 W/kg dla B m T i f 50 Hz. Straty jałowe wyznacza się w stanie jałowym transformatora, mierząc moc czynną watom ierzem, włączonym w obwód pierwotny. Ponieważ w stanie jałowym prąd I 0 jest b. mały, można przyjąć, że wskazanie watomierza P w P Fe. Straty jałowe są praktycznie niezależne od obciążenia transformatora, gdyż indukcja magnetyczna w rdzeniu prawie nie zmienia swojej wartości ( U const; B m const ) Współczynnik mocy transformatora w stanie jałowym (patrz p...) wyznacza się ze wzoru cosϕ 0 P Fe (0) UI W stanie obciążenia transformatora w obydwu uzwojeniach płyną prądy, które powodują występowanie strat mocy w uzwojeniach, czyli tzw. strat obciążeniowych P I R + u IR () gdzie: I, I - odpowiednio: prąd pierwotny i prąd wtórny; R, R - odpowiednio: rezystancje uzwojenia pierwotnego i uzwojenia wtórnego. Ze względu na straty mocy czynnej w transformatorze moc P oddawana do odbiornika jest mniejsza od mocy P, pobieranej przez transformator. Dla oceny jakości transformatora wyznacza się jego sprawność z zależności P P η P P + PFe + Pu W stanie jałowym sprawność jest równa zeru, a przy około 75% obciążenia znamionowego osiąga maksimum. Sprawność transformatorów energetycznych b. dużych mocy osiąga wartość (9-99)%, natomiast dla transformatorów jednofazowych małej mocy nie przekracza zwykle 80%. Na rys. przedstawiona jest zależność sprawności η od prądu obciążenia I transformatora. 5 ()

Rys.. Charakterystyka sprawności Rys.3. Charakterystyka zewnętrzna.5. Charakterystyka zewnętrzna i zmienność napięcia transformatora Transformator podczas normalnej pracuje przy napięciu pierwotnym U o prawie stałej wartości i zmiennym obciążeniu. Przy wzroście obciążenia prądy I i I rosną, w związku z czym rosną spadki napięć w uzwojeniu pierwotnym i uzwojeniu wtórnym i napięcie wtórne nieco maleje. Ilustruje to charakterystyka zewnętrzna transformatora U f ( I ), przedstawiona na rys.3. Dla określenia spadków napięć w uzwojeniach transformatora operuje się tzw. zmiennością napięcia U U U o % 00% (3) Uo gdzie: U o - napięcie wtórne w stanie jałowym; U - napięcie wtórne przy obciążeniu znamionowym. W prawidłowo zaprojektowanym transformatorze zmienność napięcia nie powinna przekraczać kilku procent napięcia znamionowego. 6

. BADANIA LABORATORYJNE.. Schemat układu połączeń Wykaz aparatury i jej dane znamionowe: AT- autotransformator regulacyjny... T- transformator badany... O- odbiornik... A -amperomierz... V -woltomierz... W -watomierz... A -amperomierz... V -woltomierz... W -watomierz... W- wyłącznik..... Wykonanie pomiarów Badanie transformatora należy przeprowadzić zgodnie z instrukcją dodatkową. Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli. Lp. U I α k w P U I α k w P η V A dz W/dz W V A dz W/dz W - Przykłady obliczeń: P α k w P α k w P η P 7

.3. Opracowanie wyników pomiarów a) Dane znamionowe transformatora: U I U I Sn b) Wykreślić charakterystyki U f(i ) oraz η f(i ) c) Obliczyć przekładnię transformatora U o ϑ Uo d) Wyznaczyć prąd jałowy I o e) Obliczyć procentowy udział prądu jałowego w prądzie znamionowym I I o o% 00% I f) Obliczyć zmienność napięcia U U U o % 00% Uo g) Wyznaczyć straty jałowe (straty mocy czynnej w rdzeniu) PFe P o h) Obliczyć całkowite straty mocy dla znamionowego obciążenia transformatora Pn P n P i) Obliczyć straty obciążeniowe (straty mocy czynnej w uzwojeniach) dla znamionowego obciążenia Pu Pn PFe j) Wyznaczyć sprawność maksymalną i wartość prądu wtórnego, dla którego ona występuje η m ax dla I k) Obliczyć współczynnik mocy transformatora w stanie jałowym P o cosϕ o U oio l) Obliczyć współczynnik mocy po stronie pierwotnej i po stronie wtórnej transformatora przy obciążeniu znamionowym P n cosϕ U I cosϕ P U I 8

UWAGA! - indeksy "" i "", dotyczą odpowiednio strony pierwotnej i strony wtórnej transformatora, - indeks "o" dotyczy stanu jałowego transformatora (pomiar pierwszy), - indeks "n" dotyczy obciążenia znamionowego transformatora (pomiar ostatni). 3. UWAGI I WNIOSKI 4. PYTANIA KONTROLNE. Jakie są zasadnicze elementy transformatora?. Omówić zasadę działania transformatora. 3. Z jakiego materiału wykonany jest rdzeń transformatora i dlaczego? 4. Czy transformator przedstawiony na rys. jest podwyższającym napięcie? 5. Co to jest przekładnia transformatora i jak się ją wyznacza? 6. Co to jest stan jałowy transformatora? 7. Co to są straty straty jałowe transformatora i od czego zależą? 8. Omówić sposób pomiaru strat jałowych. 9. Na czym polega obciążenie transformatora. 0. Co to są straty obciążeniowe transformatora i od czego zależą?. Podać wszystkie prawa transformacji. 9