K

ATEDRA 

T

RANSPORTU 

S

ZYNOWEGO

 

LABORATORIUM

 

ELEKTROTECHNIKI 

W

YDZIAŁ 

 

T

RANSPORTU

 

 

ĆWICZENIE 

2 

BADANIE PRZEKŁADNI TRANSFORMATORA 

 

STRONA

 

1

 Z 

9 

 

2 

 

ĆW. 2. BADANIE PRZEKŁADNI TRANSFORMATORA 

 

I. 

CEL ĆWICZENIA 



 

zapoznanie z zasadą działania transformatora, 

 

II.     

ZESTAW OPRZYRZĄDOWANIA DO ĆWICZENIA

 



 

Transformator wraz z zestawem cewek,  



 

Woltomierze, 

 

III.     SPOSÓB POSTĘPOWANIA 

1. 

Połączyć układ według schematu z rys. 3.1. 

2. 

Przy stałej wartości napięcia const.25 V na uzwojeniu pierwotnym -  przeprowadzić pomiar 

napięcia za pomocą miernika analogowego, na uzwojeniu wtórnym stosując cewki o 

następujących liczbach zwojów: 

 

 N

1 = 

1100; 1600; 8600 - po stronie pierwotnej ( cewki koloru brązowego) 

N

2

 = 50; 100; 200; 900; 1100; 1600 -  po stronie wtórnej ( cewki koloru szarego) 

 

Rys. 3.1. Schemat układu do badania przekładni transformatora 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 

 

 

IV.   WSTĘP TEORETYCZNY 

 

4.1. Transformatory 

 

Transformator  energetyczny  jest  to  urządzenie  elektromagnetyczne  statyczne  (niewirujące), 

służące  do  przetwarzania  energii  elektrycznej  prądu  przemiennego  o  określonej  wartości  napięcia   

na energię elektryczną o innej wartości napięcia. 

Oprócz  transformatorów  energetycznych  buduje  się  transformatory  specjalne  jak:  przekładniki, 

transformatory  spawalnicze  i  prostownikowe,  autotransformatory,  przesuwniki  fazowe  oraz 

transformatory różnicowe, impulsowe, wielkiej częstotliwości, dopasowujące itp. 

Zakres  mocy  transformatorów  jest  bardzo  duży.  Największe  transformatory  energetyczne 

przenoszą moce rzędu gigawoltoamperów (1 GV ∙ A = 10

9

  V ∙ A), a w układach elektronicznych - moce 

rzędu  mikrowoltoamperów  (1  μV  ∙  A  =  10

-6 

V  ∙  A).  Napięcia  transformatorów  -  zależnie  od  potrzeb 

wynoszą od setek kilowoltów do kilku woltów, a nawet mikrowoltów. 

Taka  różnorodność  typów  transformatorów  oraz  zakresu  ich  mocy  powoduje  konieczność 

zróżnicowania ich budowy, lecz zasada działania transformatora pozostaje ta sama. 

Transformatory  wykonuje  się  jako  jednouzwojeniowe  (autotransformatory),  dwuuzwojeniowe  

i  wielouzwojeniowe. Transformatory mogą pracować jako podwyższające lub  jako obniżające napięcie,  

w  związku  z  tym  mówimy  o  stronie  napięcia  górnego  i  stronie  napięcia  dolnego.  W  transformatorze 

obniżającym strona napięcia górnego jest stroną pierwotną.  

W odróżnieniu od transformatorów powietrznych, w większości transformatorów uzwojenia są nawinięte 

na rdzeniu ferromagnetycznym, który stanowi obwód magnetyczny.  

 

 

Rys.  4.1.  Budowa  transformatora  jednofazowego:  a)  rdzeniowego;  b)rdzeniowego-  płaszczowego;  

1 - jarzmo, 2 - kolumna, 3 - uzwojenie wysokiego napięcia, 4 - uzwojenie niskiego napięcia 

 

 

4 

Obwód  magnetyczny  transformatora  stanowi  rdzeń,  złożony  z  cienkich  blach  stalowych, 

izolowanych  od  siebie  o  dużej  przenikalności  magnetycznej.  Materiałem  jest  stal  o  dużej  zawartości 

krzemu, który nadaje blasze szczególne właściwości, jak wąska pętla histerezy i duża rezystywność. Mała 

powierzchnia  pętli  histerezy  magnetycznej  stanowi  o  małych  stratach  energii  na  histerezę,  duża 

rezystywność - o małych stratach energii na prądy wirowe. Izolowanie blach dodatkowo zmniejsza straty 

na prądy wirowe. 

Pod  względem  budowy  rdzenia  rozróżnia  się  transformatory  rdzeniowe  i  płaszczowe.  Obydwa 

typy rdzeni pokazano na rys. 4.1. 

Uzwojenia wykonuje się jako cylindryczne oraz krążkowe. Najczęściej spotykanymi uzwojeniami 

są  uzwojenia  cylindryczne,  wykonane  w  formie  cylindrów  nałożonych  na  kolumnę  transformatora. 

Cylinder stanowiący uzwojenie niskiego napięcia ma mniejszą średnicę i znajduje się bliżej kolumny. 

W transformatorach ważnym problemem jest odprowadzenie ciepła z rdzenia i uzwojeń. Ciepło to 

powstaje w wyniku wspomnianych już strat w rdzeniu oraz strat w uzwojeniach pierwotnym i wtórnym, 

wywołanych przepływem prądu. Uzwojenia wykonuje się z przewodu miedzianego, dlatego straty w nich 

nazwano stratami w miedzi. 

Pod  względem  sposobu  chłodzenia  rozróżnia  się  transformatory  suche  i  olejowe.  

W  transformatorach  małej  mocy  wystarcza  naturalne  odprowadzanie  ciepła  na  zasadzie  konwekcji 

powietrza  i  promieniowania.  W  transformatorach  dużej  mocy  rdzeń  stalowy  wraz  z  uzwojeniami 

umieszcza się w kadzi wypełnionej  olejem  transformatorowym,  który oprócz działania chłodzącego ma 

również  dobre  właściwości  izolacyjne.  Ściany  kadzi  są  wyposażone  w  użebrowanie  rurowe  lub  

w radiatory, przez które przepływa poruszany siłami konwekcji nagrzany olej transformatorowy. 

 

4.1.1. Zasada działania transformatora. Schemat zastępczy 

 

Zasada działania transformatora polega na elektromagnetycznym oddziaływaniu dwóch lub kilku 

uzwojeń, nie połączonych ze sobą elektrycznie, a nawiniętych na wspólnym rdzeniu, czyli sprzężonych  

ze sobą wspólnym strumieniem magnetycznym. 

Prąd  przemienny  I

1

,  płynący  w  uzwojeniu  pierwotnym,  wytwarza  przemienny  strumień 

magnetyczny, którego część - zwana strumieniem głównym Φ – obejmuje uzwojenia pierwotne i wtórne, 

indukując  w  nich  napięcia.  Napięcie  indukowane  w  uzwojeniu  wtórnym  jest  napięciem  źródłowym  

dla obwodu tego uzwojenia. 

Część  strumienia  wytworzonego  przez  uzwojenie  pierwotne  nie  obejmuje  uzwojenia  wtórnego, 

gdyż zamyka się wokół własnego uzwojenia - jest to strumień rozproszenia Φ

r1

. 

 

 

 

5 

Jeżeli w obwodzie wtórnym płynie prąd I

2,

 to wytwarza własny strumień, którego część odejmuje 

się  od  strumienia  głównego  Φ  zmniejszając  jego  wartość.  Druga  część  zamyka  się  poza  obwodem 

głównym, tworząc strumień rozproszenia Φ

r2. 

Zasadę działania transformatora dwuuzwojeniowego przedstawiono na rys. 4.2. 

 

Rys. 4.2. Zasada działania transformatora jednofazowego 

 

 

Rys. 4.3. Schemat zastępczy (czwórnik T) transformatora powietrznego 

. 

Rys 4.4.  Schemat zastępczy transformatora idealnego 

 

Schemat  przedstawiony  na  rys.  4.3  jest  schematem  zastępczym  transformatora  i  może  być 

narysowany tak, jak pokazano na rys. 4.4. Na rysunku tym  indukcyjność  L

r1

, odpowiada indukcyjności 

(L

1 

- M) z rys. 4.3 i jest reprezentantem strumienia rozproszenia Φ

r1, 

reprezentantem strumienia głównego 

jest na rys. 4.3 indukcyjność wzajemna M, którą na rys. 4.4 oznaczono jako indukcyjność L

μ

. 

Sinusoidalny  strumień  magnetyczny  główny  Φ  indukuje  dwa  napięcia  (siły  elektromotoryczne) 

proporcjonalne do liczby zwojów uzwojeń i częstotliwości 

 

 

6 

 

 

 

                   (4.1) 

które  na  rys.  4.3  są  reprezentowane  przez  jedną  siłę  elektromotoryczną  o  wartości  skutecznej  

E = E1 = E’

2

. 

Przekładnią  zwojową  transformatora  jest  stosunek  zwojów  równy  stosunkowi  napięć 

indukowanych 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   (4.2) 

Iloczyn napięcia indukowanego w uzwojeniu wtórnym przez przekładnię transformatora 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   (4.3) 

nazwano napięciem indukowanym strony wtórnej przeliczonym na stronę pierwotną. 

Przy  założeniu,  że  źródło  energii  zasila  odbiornik  R  poprzez  idealny  transformator  

bez strat, taki jak na rys. 4.5, moc pobierana przez odbiornik wynosi 

 

 

 

Rys. 4.5. Przekazywanie energii przez transformator idealny 

 

Dla  źródła,  które  tę  moc  dostarcza,  odbiornikiem  jest  inna  rezystancja.  Rezystancję  obciążenia 

rozpatrywaną od strony źródła napięcia poprzez transformator nazwano rezystancją przeliczoną na 

stronę pierwotną R’, a więc 

 

 

 

 

 

 

 

                  (4.4) 

 

7 

W  teorii  transformatorów  i  maszyn  indukcyjnych  zasada  przeliczania  wielkości  na  stronę 

pierwotną  jest  stosowana  powszechnie.  Tak  więc  rezystancję,  reaktancję  i  indukcyjność  przeliczamy 

przez pomnożenie przez kwadrat przekładni 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 (4.5) 

Dlatego  po  stronie  wtórnej  układu  zastępczego  z  rys.  4.4  znajduje  się  rezystancja  R’

2

, 

reprezentująca  straty  w  miedzi  tego  uzwojenia,  przeliczona  na  stronę  pierwotną  oraz  indukcyjność  L’

2

, 

reprezentującą strumień rozproszenia, przeliczona na stronę pierwotną. 

   

Podobnie przelicza się prądy. Ponieważ 

 

 

 

 

 

 

                (4.6) 

Schemat zastępczy transformatora rzeczywistego przedstawiono na rys. 4.6. 

 

 

Rys. 4.6. Schemat zastępczy transformatora rzeczywistego 

 

Rezystancja  R

Fe

  reprezentuje  straty  w  stali  transformatora  rzeczywistego.  Straty  te  zależą  

od  indukcji  B,  a  zatem  od  strumienia  głównego  Φ,  który  jest  bezpośrednio  związany  z  napięciem 

indukowanym  E1  =  E’

2. 

Ponieważ  straty  w  stali  „zależą”  od  napięcia  indukowanego,  rezystancję  R

Fe

 

włączono równolegle do indukcyjności  L

μ

..Rozróżnia się dwa rodzaje przekładni:  przekładnię zwojową 

oraz przekładnię napięciową. 

Przekładnia  napięci  owa  jest  to  stosunek  napięć  na  zaciskach  pierwotnych  i  wtórnych 

transformatora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   (4.7) 

 

 

8 

 

W  zależności  od  obciążenia  strony  wtórnej  transformatora  rozróżnia  się:  stan  jałowy,  

stan obciążenia i stan zwarcia. 

Wstanie jałowym w uzwojeniu wtórnym nie płynie żaden prąd, w uzwojeniu pierwotnym płynie 

mały  prąd  magnesujący,  który  powoduje  niewielkie  spadki  napięcia  na  rezystancji  R

1

  i  indukcyjności 

rozproszenia  L

r1

.  Przekładnia  napięciowa  transformatora  w  stanie  jałowym  jest  zbliżona  do  zwojowej,  

a więc: 

 

 

 

 

 

                              (4.8) 

Z  zależności  tej  korzysta  się  przy  badaniach  transformatorów  i  pomiarach  z  zastosowaniem 

przekładników napięciowych. 

W  stanie  obciążenia  obydwa  prądy  uzwojenia  są  duże,  spadki  napięcia  na  rezystancjach  

i indukcyjnościach rozproszenia są duże i przekładnia napięciowa transformatora ulega zmianie, gdyż: 

          

 

 

 

                  (4.9) 

W  stanie  zwarcia,  realizowanym  jako  próba  transformatora  w  uzwojeniach  płyną  prądy 

znamionowe.  Napięcie  wtórne  jest  równe  zeru,  a  do  uzwojenia  pierwotnego  doprowadza  się  napięcie 

równe  spadkom  napięć  wywołanych  prądami  znamionowymi  na  rezystancjach  uzwojeń  

i indukcyjnościach rozproszenia. Napięcie to nazwano napięciem zwarcia. 

W  praktyce  podaje  się  na  tabliczce  znamionowej  transformatora  napięcie  zwarcia  wyrażone  

w  procentach  napięcia  znamionowego.  Napięcie  zwarcia  świadczy  o  jakości  transformatora,  np.  

im mniejsze jest napięcie zwarcia transformatora energetycznego, tym korzystniejsze są jego właściwości 

eksploatacyjne. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 

V. 

OPRACOWANIE WYNIKÓW 

1.  Wyliczyć przekładnie rzeczywiste transformatorowe ze wzoru 

 

U

U

2

1





, 

2.  Porównać otrzymane wyniki z wynikami wyliczonymi ze wzoru na przekładnie teoretyczne: 

2

1

N

N





, 

 

 

 

 

 

 

               

3.  Dokonać zestawienia wyników, 

4.  Zinterpretować uzyskane wyniki, wnioski. 

 

Rys. 5.1. Schemat układu do badania przekładni transformatora 

 

VI.     

ZAGADNIENIA DO ZALICZENIA ĆWICZENIA

 



 

Indukcja magnetyczna, strumień magnetyczny 



 

Wielkości charakteryzujące prąd zmienny 



 

Zasada działania transformatora 



 

Definicja przekładni transformatora 

 

VII. 

LITERATURA 

1.  B. Miedziński „Elektrotechnika podstawy i instalacje elektrotechniczne” PWN Warszawa 2000 

2.  H. Rawa „Elektryczność i magnetyzm w technice” PWN Warszawa 2001 

3.  G. Łomnicka-Przybyłowska „Pomiary elektryczne. Obwody prądu zmiennego” PWN  

Warszawa 2000 

4.  S. Bolkowski „Teoria obwodów elektrycznych” WNT, Warszawa 2001 

5.   A Chwaleba M. Poniński, A Siedlecki „Metrologa elektryczna” WNT Warszawa 2000