plik

Politechnika Poznańska

Laboratorium Elektrotechniki

Elektrotechnika - laboratoria

Nazwisko i imię:

Dawid Kasprzak
Andrzej Ziegler
Adrian Tomczak

Semestr:

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]

0,025

0,06

0,09

5,102041

9,8

0,115

5,185185

13,5

0,14

5,142857

17,5

110

0,175

5,116279

21,5

130

0,22

5,2

150

0,285

5,172414

170

0,375

5,151515

190

0,535

5,135135

210

0,8

5,121951

230

1,15

5,227273

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]

0,194932

0,389864

0,584795

0,779727

0,974659

1,169591

1,364522

1,559454

1,754386

Obliczanie prądu po stronie wtórnej:

U2 [V]

I2 [A]

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

1,825

2,9

5,5

6,8

8,5

11,25

12,25

100

Obliczanie mocy transformatora w stanie zwarcia pomiarowego:

Moc transformatora po stronie pierwotnej. Przykład obliczeo:

P zmierzone

P obliczone

1,825

5,8

100

110,25

Sprawnośd transformatora:

P1 (P obliczone)

Sprawnośd (P2/P1)*100%

1,825

0,94996

52%

5,8

3,79984

66%

8,549639

71%

15,19936

69%

23,749

70%

34,19856

67%

46,54804

66%

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

R1śr

L1śr

R2śr

L2śr

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

strat w uzwojeniu pierwotnym

strat w uzwojeniu wtórnym

strat w rdzeniu