Politechnika Poznańska

Laboratorium Elektrotechniki

Elektrotechnika - laboratoria

Nazwisko i imię:

Dawid Kasprzak
Andrzej Ziegler
Adrian Tomczak

Semestr:

3

Wydział:

B M i Z

Kierunek:

M e c h a t ro n i k a

Grupa dziek./lab:

2 / 1

Temat ćwiczenia:

Badanie transformatora jednofazowego

Data wykonania ćwiczenia:

07.12.2010r.

Data i podpis prowadzącego:

Ocena:

Schemat układu pomiarowego do wyznaczania przekładni transformatora i przeprowadzenia
pomiarów w stanie jałowym:

1 – autotransformator, 2 – transformator, A – amperomierz, PW – watomierz, VU10 – woltomierz
napięcia pierwotnego, VU20 – woltomierz napięcia wtórnego

Schemat układu do badania transformatora w stanie zwarcia pomiarowego:

1 – autotransformator, 2 – autotransformator odpowiadający za precyzyjną regulację napięcia (w
czasie wykonywania dwiczenia nie był podłączony), 3 – transformator, A – amperomierz, PW –
watomierz, VU10 – woltomierz napięcia pierwotnego



Stan jałowy transformatora
W stanie jałowym strona wtórna transformatora jest rozwarta. Na zaciskach wyjściowych
transformatora umieszcza się woltomierz, którego rezystancja jest bardzo duża, dlatego możemy
przyjąd, iż zaciski są rozwarte. Podstawowym parametrem definiującym transformator jest
przekładnia transformatora. Informuje ona nas o tym, ilu krotnie napięcie wyjściowe różni się od
napięcia wejściowego. Wyróżniamy dwa rodzaje transformatorów: obniżających i podwyższających
napięcie. W naszym przypadku badamy transformator obniżający napięcie.

Obliczanie przekładni transformatora
Przekładnia transformatora jest to stosunek napięcia wejściowego do wyjściowego.

Przykład obliczeo:

Średnia przekładnia dla wszystkich pomiarów = 5,13




Wyniki pomiarów w stanie jałowym:
U1 [V]

I0 [A]

przekładnia U2 [V]

10

0,025

5

2

30

0,06

5

6

50

0,09

5,102041

9,8

70

0,115

5,185185

13,5

90

0,14

5,142857

17,5

110

0,175

5,116279

21,5

130

0,22

5,2

25

150

0,285

5,172414

29

170

0,375

5,151515

33

190

0,535

5,135135

37

210

0,8

5,121951

41

230

1,15

5,227273

44

Drugim ważnym parametrem opisującym transformator jest jego moc. Opisując transformator
podajemy moc pozorną, ponieważ transformator współpracuje z różnymi odbiornikami
(rezystancyjne, indukcyjne i pojemnościowe) dlatego też nie jesteśmy w stanie przewidzied kąta φ.
Jednostką mocy transformatora jest V*A.

Kolejnym ważnym parametrem jest moc strat – moc tracona w rdzeniu transformatora. W naszym
układzie watomierz pokazuje moc traconą w rdzeniu powiększoną o minimalne upływy mocy, które
występują na amperomierzu i woltomierzu.



Moc tracona w uzwojeniu pierwotnym:

Przykład obliczeo:

I0 [A]

R1 średnie

Moc tracona

0,025

0,3475

0,000217

0,06

0,001251

0,09

0,002815

0,115

0,004596

0,14

0,006811

0,175

0,010642

0,22

0,016819

0,285

0,028226

0,375

0,048867

0,535

0,099463

0,8

0,2224

1,15

0,459569

Moc tracona w rdzeniu:
Moc traconą w rdzeniu jest wskazywana przez watomierz, który pokazuje zsumowaną moc traconą
na rdzeniu i moc traconą na uzwojeniu pierwotnym transformatora. Moc tracona na uzwojeniu
pierwotnym jest jednak tak mała, że można ją pominąd i przyjąd, iż watomierz wskazuje jedynie moc
traconą na rdzeniu.


Stan zwarcia pomiarowego:
Jest to specyficzny stan pracy transformatora, w którym zwieramy ze sobą kablem o odpowiednio
dużym polu przekroju poprzecznego uzwojenia wtórne transformatora. Do uzwojenia pierwotnego
podłączamy napięcie o wartości do 4% wartości napięcia znamionowego. W naszym przypadku jest
to zakres napięcia 1-9V. Podczas tej próby doprowadza się do tego, że w uzwojeniu wtórnym płynie
prąd znamionowy transformatora.
Z racji zwarcia uzwojenia wtórnego możemy przedstawid tylko, obliczone przy pomocy pomiarów ze
strony pierwotnej, wartości napięd i prądów dla strony wtórnej (przy zwarciu nie mieliśmy żadnego
miernika po stronie wtórnej) transformatora, korzystając z zależności:

Obliczanie napięcia po stronie wtórnej:

U [V]

U2 [V]

1

0,194932

2

0,389864

3

0,584795

4

0,779727

5

0,974659

6

1,169591

7

1,364522

8

1,559454

9

1,754386

Obliczanie prądu po stronie wtórnej:

U2 [V]

I2 [A]

P2

0,194932

4,873294

0,94996

0,389864

9,746589

3,79984

0,584795

14,61988

8,549639

0,779727

19,49318

15,19936

0,974659

24,36647

23,749

1,169591

29,23977

34,19856

1,364522

34,11306

46,54804

1,559454

38,98635

60,79743

1,754386

43,85965

76,94675

Obliczanie mocy traconej na uzwojeniu po stronie wtórnej:

Badanie transformatora w stanie zwarcia pomiarowego:

Wyniki po przeliczeniu przez stałą przyrządu
I

U

P

1,825

1

5

2,9

2

10

4

3

10

5,5

4

25

6,8

5

38

8,5

6

40

10

7

80

11,25

8

96

12,25

9

100

Obliczanie mocy transformatora w stanie zwarcia pomiarowego:

Moc transformatora po stronie pierwotnej. Przykład obliczeo:

P zmierzone

P obliczone

5

1,825

10

5,8

10

12

25

22

38

34

40

51

80

70

96

90

100

110,25

Sprawnośd transformatora:

P1 (P obliczone)

P2

Sprawnośd (P2/P1)*100%

1,825

0,94996

52%

5,8

3,79984

66%

12

8,549639

71%

22

15,19936

69%

34

23,749

70%

51

34,19856

67%

70

46,54804

66%

90

60,79743

68%

110,25

76,94675

70%

Największa sprawnośd transformatora powinna byd dla 75% napięcia znamionowego. Nasze
obliczenia są obarczone jednak dużym błędem, gdyż moc została ustalona metodą pośrednią.

Wyniki pomiarów rezystancji i indukcyjności uzwojeo transformatora

uzwojenie pierwotne

uzwojenie wtórne

R1

R1śr

L1

L1śr

R2

R2śr

L2

L2śr

om

om

H

H

om

om

mH

mH

0,35

0,3475

0,217

0,21725

0,05

0,04

8,14

8,1275

0,35

0,218

0,03

8,15

0,35

0,219

0,04

8,12

0,34

0,215

0,04

8,1

Wnioski:
Idealny transformator nie istnieje. Powinien się on charakteryzowad następującymi parametrami:
sprawnośd 100%, rezystancje uzwojeo wtórnego i pierwotnego równe 0. Rdzeo takiego
transformatora powinien byd wykonany z materiału możliwie najbardziej miękkiego magnetycznie.
Taki materiał nie powinien się magnesowad (by nie tracid energii) i powinien idealnie przenosid
zmiany pola elektrycznego z uzwojenia pierwotnego do uzwojenia wtórnego. Rzeczywiste
transformatory nie składają się jednak z elementów idealnych, z czego wynika istnienie
następujących parametrów: rezystancja uzwojenia pierwotnego rzędu 10

-1

Ω, rezystancja uzwojenia

wtórnego rzędu 10

-2

Ω, indukcyjnośd uzwojeo na poziomie 10

-3

do 10

-1

H. W rzeczywistym rdzeniu

występują straty w strumieniu magnetycznym, ponieważ przez szczeliny powietrzne występujące
między blachami rdzenia transformatora dochodzi do rozproszenia części strumienia magnetycznego.
Jednak minimalizuje się to negatywne zjawisko dzięki ciasnemu upakowaniu blach transformatora
oraz silnego skręcenia całego rdzenia za pomocą śrub i zalania go specjalnym preparatem.
Sprawnośd transformatora rzeczywistego jest największa, kiedy pracuje w warunkach znamionowych,
dlatego bardzo ważne jest dobranie odpowiedniego transformatora do danego odbiornika.
Badany przez nas transformator laboratoryjny jest transformatorem obniżającym napięcie. Suma
strat mocy wynika z sumy poszczególnych strat mocy traconych na poszczególnych elementach
transformatora: P

strat całkowitych

=P

strat w uzwojeniu pierwotnym

+P

strat w uzwojeniu wtórnym

+P

strat w rdzeniu

.