Maszyny Elektryczne		Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Lesznie
Rok Akademicki 2002/2003	Studia dzienne Semestr: IV	Nr ćwiczenia : 1
Imię i Nazwisko		Temat ćwiczenia :
Krzysztof Rusin		Badanie transformatora
		jednofazowego
		Ćwiczenie	Sprawozdanie	Ocena:
		wykonano: 11.03.03	Oddano: 25.03.03

1. Pomiar rezystancji uzwojeń.

A). Tabelka wyników i pomiarów.

R1 [Ω]	R75 [Ω]	R2 [Ω]	R75 [Ω]
8,1	9,66	0,3	0,358

B). Sposób uzyskania wyników.

- Rezystancje uzwojeń pierwotnego i wtórnego odczytaliśmy z miernika cyfrowego.

- Rezystancja w temp. 75⁰ otrzymujemy z zależności podanej poniżej

[Ω]

R₇₅ - rezystancja w temperaturze 75⁰C

R₀ - rezystancja w temperaturze otoczenia

V₀ - temperatura otoczenia

2. Wyznaczenie przekładni transformatora.

A). Schemat.

B). Tabela wyników i pomiarów.

U10	U20	K	Kśr
V	V	-	-
220	25	8,8	8,8
220	25	8,68

U₁₀ - napięcie pierwotne transformatora.

U₂₀ - napięcie wtórne transformatora.

3. Badanie stanu jałowego transformatora.

A). Schemat.

B). Schemat.

U1n = 220 V
U10	I10		ΔPFE ≈ Po		cosφo	Q	Iµ	IFE
V	dz	mA	dz	W	-	var	A	A
40	23,2	23,2	1	0,5	0,54	0,78	0,01953	0,0125
80	35	35	3,5	1,75	0,625	2,186	0,0273	0,22
120	49	49	7	3,5	0,6	4,67	0,0392	0,0294
160	65	65	6	6	0,58	8,43	0,053	0,0377
200	98	98	9	9	0,459	17,42	0,087	0,045
220	13	130	10,5	21	0,734	19,43	0,0883	0,0954

C). Wzory użyte w podpunkcie B.

- wzór na współczynnik mocy

- wzór na moc bierną pobieraną

Q= ΔP_FEtgφ_o ≈ P_otgφ

- wzór na prąd magnesujący (składowa bierna prądu)

I_µ=I₁₀sinφ_o

- wzóra na prąd strat w żelazie (składowa czynna prądu)

I_FE = I₁₀cosφ_o

4. Badanie stanu zwarcia transformatora.

A). Schemat.

B). Schemat.

I1n = 0,72 A
U1Z	I1Z		Pz		cosφz	Z1z	R1z	X1z
V	dz	mA	dz	W	-	Ω	Ω	Ω
5	14	140	1	0,5	0,714	35,714	25,51	24,995
10	30	300	4	2	0,667	33,333	22,222	24,845
15	45	450	10	5	0,741	33,333	24,691	22,393
20	60	600	14	7	0,583	33,333	19,444	27,074

C). Wzory użyte w podpunkcie B.

- wzór na współczynnik mocy

- wzór na impedancje zwarcia

- wzór na rezystancje zwarcia

- wzór na reaktancje zwarcia

5. Badanie transformatora obciążonego. Wyznaczenie sprawności.

A). Schemat.

B). Tabela wyników i pomiarów.

U1n = 220 V U2n = 24V I2n = 6,4V
I2		U2		P1		P2		η
dz	A	dz	V	dz	W	dz	W	-
20	2	-	24,5	30	60	9	45	0,75
40	4	-	24	55	110	17	85	0,773
60	6	-	23,4	80	160	25	125	0,781

C). Wzory użyte w podpunkcie B.

- wzór na sprawność transformatora

6. Opracowanie ćwiczenia.

1. Schemat zastępczy transformatora z zaznaczonymi prądami I₁₀ , I_µ , I_FE.

Jeżeli transformator nie jest obciążony tzn. znajduje się w stanie jałowym, to w uzwojeniu pierwotnym płynie prąd I₁₀ zwany prądem w stanie jałowym. Prąd ten ma dwie składowe:

- prąd I_µ, zwany prądem magnesującym, prąd ten wytwarza strumień magnetyczny i jest w fazie ze strumieniem.

- prąd I_FE, zwany prądem strat w rdzeniu, związany ze zjawiskiem występowania strat magnetycznych w rdzeniu, Prąd ten wyprzedza strumień magnetyczny o kąt fazowy
.

Zatem prąd w stanie jałowym: I₁₀ = I_µ + I_FE

2. Wykres wektorowy transformatora.

3. Wyjaśnij, dlaczego straty mocy czynnej w rdzeniu transformatora zależą od indukcji magnetycznej oraz częstotliwości i kształtu krzywej napięcia zasilającego.

Mocz czynna pobrana przez uzwojenie pierwotne transformatora zasilanego napięciem znamionowym pierwotnym, przy otwartym obwodzie wtórnym, nazywana jest stratami jałowymi znamionowymi transformatora. Straty jałowe obejmują stratę mocy w uzwojeniu pierwotnym ΔP_Cu10 oraz w rdzeniu ΔP_Fe. Straty mocy w rdzeniu występują przy zmiennym w czasie strumieniu magnetycznym, a wywołane są przez histerezę i prądy wirowe. Straty mocy na histerezie spowodowane są okresowym przemagnesowaniem rdzenia, a można je ocenić według powierzchni pętli histerezy. Straty na histerezie proporcjonalne są do częstotliwości przemagnesowywania i zależą od indukcji magnetycznej. Określa się je ze wzoru:

ΔP_Feh = C_hfB²

gdzie :

C_h - stała zależna od składu chemicznego obróbki materiału

f - częstotliwość przemagnesowywania

B - wartość maksymalna indukcji magnetycznej

W rdzeniu transformatora, tak samo jak w uzwojeniach, pod wpływem zmiennego w czasie strumienia magnetycznego powstaje siła elektromotoryczna. W zamkniętym obwodzie, jak dla wytworzonych sił elektromotorycznych tworzy żelazny rdzeń transformatora, płyną prądy nazywane wirowymi. Aby ograniczyć wartość prądów wirowych, rezystancja obwodu musi być duża. Dla jej zwiększenia w obwodzie prądów wirowych rdzeń transformatora wykonany jest z cienkich blach przedzielonych warstwą izolacji.

Straty wiroprądowe:

ΔP_Few = C_w(fB)²

C_w - Stała zależna od rodzaju blachy

Straty mocy w rdzeniu są sumą strat na histerezie strat wiroprądowych, czyli:

ΔP_FE = ΔP_Feh +ΔP_Few

Blachy stosowane na rdzenie transformatorów transformatorów maszyn wirujących ocenia się na podstawie stratności. Stratnością nazywa się stratę mocy w 1 kg blachy przemagnesowywanej z częstotliwością 50Hz przy indukcji magnetycznej zmieniającej się sinusoidalnie. Na ogół podaje się stratność blachy przy indukcji magnetycznej wynoszącej 1T oraz 1,5 T.

4. Charakterystyki.

Dla p.3.

- I₁₀ = f(U₁₀)

- P_WE = f(U₁₀)

- Q = f(U₁₀)

- I_Fe = f(U₁₀)

- cosφ = f(U₁₀)

Dla p.4.

- I_1z = f(U_1z)

-∆P_z = f(U_1z)

- cosφ = f(U₁₀)

Dla p.5.

- u₂ = f(I₂)

- η = f(I₂)

7. Wnioski..

Ćwiczenie przebiegało sprawnie i nie napotkaliśmy problemów ze strony układu pomiarowego. Wyniki w tabelkach są obarczone błędem urządzeń pomiarowych (klasa mierników). Błędy powstają wyniku nie możności wykonania idealnego urządzenia pomiarowego i jak ze strony przeprowadzającego ćwiczenie np.

- niedokładności przyrządów pomiarowych.

- błędnego odczytu wartości z urządzenia pomiarowego.

- ewentualnych pomyłek podczas dokonywania obliczeń.

Charakterystyki, które uzyskaliśmy z naszych wyników są porównywalne do tych charakterystyk, jakie są uznawane za wzorcowe. Troszeczkę odbiegają, lecz dane były pobierane z błędami pomiarowymi, i to one przyczyniły się do odkształcenia wykresu.

8. Przyrządy pomiarowe.

+ Transformator jednofazowy.

U₁ - 220 V U₂ - 24 V Moc pozorna - 160 VA

+ Autotransformator.

Typ. Tar 1,6/0 P - 1,6 kVA U₁/U₂ 220/0-250 f - 50 Hz Nr. 3278

+ Mierniki cyfrowe

Metek M-3900TD S/N D1034006

Metek M-3900TD S/N D1034131

+ Amperomierz analogowy

Kl. 0,5 RPT98391

+ Woltomierz analogowy

Kl. 0,5

R₁ - rezystancja uzwojenia po stronie pierwotnej

R₂ - rezystancja uzwojenia po stronie wtórnej

V₁

V₂

~220V

Atr

U₁₀

U₂₀

Tr

1

2

3

4

---