LABORATORIUM Z ELEKTROTECHNIKI
Ćwiczenie nr 8	Temat : Badanie transformatora i dławika z rdzeniem ferromagnetycznym.
Data :	Ocena :	Grupa 23 A

1. Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie ma na celu zbadanie obwodów elektrycznych zawierających elementy nieliniowe z rdzeniem ferromagnetycznym , wyznaczenie wielkości charakteryzujących te obwody (odkształcona krzywa prądu , pętla histerezy , charakterystyka napięciowo - prądowa ).

2. Schematy pomiarowe.

• układ do pomiaru strat w dławiku

At

U D

• układ do badania transformatora w stanie zwarcia

At

• układ do badania transformatora w stanie jałowym

At

- układ do obserwacji przebiegów B(t) i H(t)

R

2 2' D 1

OK

220 V C

~50Hz 24V

1'

• układ pomiarowy do obserwacji pętli histerezy

R_b

R

D

At

24V 220V C OK

~50Hz

3. Spis przyrządów.

• autotransformator

• transformator U₁ = 220 V U₂ = 24 V S_n = 100 VA

• woltomierz LE - 1 U = 300 V kl. 0,5

• woltomierz LW - 1 U = 100 V kl. 0,5

• woltomierz TLEM - 2 U = 60 V kl. 0,5

• amperomierz TLEM - 2 I = 5 A kl. 0,5

• amperomierz LE - 3 I = 0,6 A kl. 0,5

• miliamperomierz LE - 3 I = 150 mA kl. 0,5

• dławik

4. Tabele pomiarowe.

• badanie dławika

L.p	POMIARY				OBLICZENIA
		U	I	P	R	PCu	PFE	GFE	B
		V	mA	W	Ω	W	W	mS	mS
1	45	16	0,5	5,7	0,0015	0,4985	0,246	0,355
2	70	24	1	5,7	0,0033	0,9967	0,203	0,355
3	90	32	1,5	5,7	0,006	1,494	0,184	0,355
4	105	38	2,0	5,7	0,008	1,992	0,18	0,361
5	122	45	2,5	5,7	0,012	2,488	0,176	0,369
6	130	50	3,0	5,7	0,015	2,985	0,167	0,384
7	145	58	3,5	5,7	0,02	3,48	0,165	0,4
8	152	63	4,0	5,7	0,023	3,977	0,17	0,414
9	162	70	4,5	5,7	0,028	4,472	0,17	0,432
10	170	76	5,0	5,7	0,033	4,967	0,172	0,447
11	175	82	5,5	5,7	0,039	5,461	0,174	0,468
12	180	88	6,0	5,7	0,044	5,956	0,176	0,489
13	190	97	6,5	5,7	0,054	6,446	0,178	0,51
14	195	102	7,0	5,7	0,06	6,94	0,182	0,523
15	200	108	7,5	5,7	0,067	7,433	0,185	0,54
16	207	116	8,0	5,7	0,077	7,923	0,186	0,56
17	212	122	8,5	5,7	0,085	8,415	0,187	0,575
18	217	131	9,0	5,7	0,098	8,902	0,189	0,603
19	222	137	9,5	5,7	0,107	9,393	0,19	0,617
20	227	143	10,0	5,7	0,117	9,883	0,192	0,63

• badanie transformatora w stanie zwarcia

L.p	POMIARY				OBLICZENIA
		I2Z	I1Z	U1Z	P1Z	R1=R1'	XS1=XS2'
		A	mA	V	W	Ω	Ω
1	4,15	510	19	7	13,41	10,99

• badanie transformatora w stanie jałowym

L.p	POMIARY				OBLICZENIA
		U1	U2	I10	P10	GFE	BFE
		V	V	mA	W	mS	mS
1	220	25	136	10,5	0,215	0,586

5. Wzory i obliczenia.

a) dławik

- moc tracona w rezystancji uzwojenia dławika

P_cu = R* I²

- rezystancja uzwojenia R = (5,7)

• moc tracona w stali dławika P_Fe = P - P_cu

• konduktancja gałęzi strat w stali dławika

• susceptancja gałęzi magnesującej

Napięcie przemienne U jest doprowadzone do cewki o liczbie zwojów Z₁. Napięcie na rezystorze można zapisać:

U_Rb = R_b * I_b

Jeżeli elementy obwodu dobierze się tak , aby Z₁I₁>>Z₂I₂ , to na podstawie prawa przepływu możemy zapisać:

Hl = Z₁I₁

gdzie:

l - długość średniej drogi strumienia magnetycznego;

H - chwilowa wartość natężenia pola magnetycznego.

Zatem napięcie U_Rb na rezystorze R_b jest wprost proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego H.

Siła elektromotoryczna indukowana w cewce o liczbie zwojów Z₂ nawiniętej na ten sam rdzeń wynosi:

B - chwilowa wartość indukcji magnetycznej w rdzeniu;

S - powierzchnia przekroju poprzecznego rdzenia.

Jeżeli pominie się indukcyjność rozproszenia cewki Z₂ oraz dobierze rezystancję:

i R>>r

ω - pulsacja podstawowej harmonicznej siły elektromotorycznej e₂

r - rezystancja cewki Z₂,

to można zapisać:

Zatem napięcie na kondensatorze U_C jest proporcjonalne do indukcji B.

b) transformator

Schemat zastępczy transformatora:

• parametry transformatora w stanie jałowym

- konduktancja gałęzi strat w stali transformatora

• napięcie strony pierwotnej U₁₀

• prąd strony pierwotnej I₁₀

• cosinus kąta przesunięcia fazowego między prądem a napięciem strony pierwotnej

• moc strony pierwotnej P₁₀

• rezystancja strony pierwotnej w stanie zwarcia R₁

• reaktancja rozproszenia strony pierwotnej w stanie zwarcia X_R1

• susceptancja gałęzi magnesującej transformatora

- parametry transformatora w stanie zwarcia

Konstruując schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia , zakładamy że:

1. B = 0

2. G_Fe = 0

Schemat :

Pomiędzy stroną pierwotną a wtórną zachodzą związki :

I₁₂ = I₂₂' R₁ = R₂' X_r1 = X_r2'

Gdzie parametry stojące po prawej stronie to parametry strony wtórnej przeliczane za pomocą zależności:

I₂₂' = I₂₂ * 1/V

R₂' = R₂ * V²

X_r2 = X_r2 * V²

V- przekładnia transformatora

Parametry strony pierwotnej obliczamy następująco :

• napięcie zasilające U₁₂

• prąd płynący przez uzwojenie strony pierwotnej I₁₂

• cosinus kąta przesunięcia fazowego między prądem a napięciem strony pierwotnej w stanie zwarcia cosϕ_z

• moc strony pierwotnej P_1z

Charakterystyka napięciowo prądowa dławika z rdzeniem ferromagnetycznym przy f = const.

Wykres wektorowy oraz charakterystyki otrzymane na oscyloskopie :

6. Wnioski.

Charakterystyka napięciowo - prądowa dławika jest nieliniowa , spowodowane to jest obecnością rdzenia farromagnetycznego , którego charakterystyka magnesowania ma charakter nieliniowy oraz przy pewnej wartości indukcji B nasyca się . Na płaszczyźnie H,B charakterystyką dławika jest pętla histerezy , otrzymana na oscyloskopie. W naszym przypadku szerokość otrzymanej pętli była niewielka , stąd wniosek , że rdzeń transformatora jest zrobiony z dobrego materiału , ponieważ pole ograniczone pętlą jest proporcjonalne do strat energii w jednostce objętości podczas jednego cyklu przemagnesowywania. Oscyloskop wykorzystaliśmy także do obserwacji przebiegu U_Rb = f(t) i U_c = f(t).

Moc pobierana przez dławik składa się z mocy traconej w rezystancji uzwojenia i strat w stali. Praktycznie cała moc tracona jest w stali , a moc tracona w rezystancji jest bardzo mała.

Na ćwiczeniach badaliśmy także transformator w dwóch stanach pracy . W stanie jałowym włączając w obwód wtórny woltomierz , a obwód pierwotny zasilając napięciem znamionowym , w naszym przypadku 220V. Natomiast w stanie zwarcia zwierając obwód wtórny przez amperomierz , a obwód górnego napięcia zasilając taką wartością U , aby w obwodzie dolnego napięcia płyną prąd znamionowy strony wtórnej.

A

W

V

A

W

V

A

V

A

W

V

A

V

A

V

---