POLITECHNIKA ŚWI
TOKRZYSKA
Grupa 2ED11A , zespół 1
LABORATORIUM z MASZYN ELEKTRYCZNYCH
1. Krawczyk Bartosz
2. Maj Bartłomiej
Ćwiczenie nr 1
3. Wawrzyk Piotr
Temat ćwiczenia:
4. Nowak Katarzyna
5. A
akomy Adrian
Badanie transformatora trójfazowego dwuzwojeniowego.
Data wykonania ćwiczenia Data oddania sprawozdania Ocena i podpis
28.02.2013r. 07.03.2013r.
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zbadanie obwodu magnetycznego i obwodu elektrycznego transformatora oraz
poznanie jego własności ruchowych i eksploatacyjnych przy pracy indywidualnej. Znajomość
poszczególnych charakterystyk ułatwi zrozumienie ogółu zagadnień teoretycznych związanych z
budową i zasadą działania transformatora.
2. Dane znamionowe transformatora
Typ : T3Wb-10/0,5 Nr : 688583 Rb. : 1968
Moc : 10 kVA Gr. : Yy0 Praca : C
I : 380 V gwiazda 15,2 A
II : 231-133 V gwiazda 25 A
Nap.zw. : 3,27 % Prąd 3-F 50 ~�
Str. jał. : 71 W Str. obc. : 219 W
Temp. otocz. : 40 oC
3. Schematy pomiarowe
a) Stan jałowy i pomiar przekładni
b) Stan zwarcia
4. Tabele pomiarowe
a) Wyznaczenie przekładni
Strona górnego napięcia Strona dolnego napięcia
Lp. J�śr �
Urs Ust Urt Uśr Uuv Uvw Uwu Uśr
1 400,00 396,30 400,70 399,00 240,00 241,00 241,00 240,67 1,66
2 340,00 339,00 342,00 340,33 205,00 205,00 206,00 205,33 1,66
3 260,60 260,00 262,00 260,87 157,00 156,00 158,00 157,00 1,66
b) Wyznaczenie charakterystyki stanu jałowego
U1 I1 I2 I3 I0 P1 P2 P0 Ioc cosf�0
Lp.
V A A A A W W W A -
1 400 0,86 0,67 0,82 0,78 -136 248 112 0,55 0,21
2 380 0,68 0,53 0,64 0,62 -94 192 98 0,43 0,24
3 360 0,52 0,41 0,50 0,48 -60 144 84 0,28 0,28
4 340 0,39 0,31 0,38 0,36 -36 108 72 0,18 0,34
5 320 0,30 0,24 0,29 0,28 -18 84 66 0,12 0,43
6 300 0,21 0,16 0,21 0,19 -4 60 56 0,08 0,56
7 280 0,16 0,12 0,16 0,15 0 48 48 0,06 0,67
8 260 0,13 0,10 0,14 0,12 0 36 36 0,05 0,65
2
c) Wyznaczenie charakterystyki stanu zwarcia
U1 I1 I2 I3 Iśr P1 P2 Pz Rz Xz cosf�z
Lp
V A A A A W W W -
� � � �W� � � � �W� �
1 17,4 14,00 15,20 15,20 14,80 260 160 420 0,64 0,23 0,94
2 15,4 12,40 13,40 13,40 13,07 200 120 320 0,62 0,27 0,92
3 12,4 10,12 10,80 10,80 10,57 140 80 220 0,66 0,17 0,97
4 9,7 7,80 8,40 8,60 8,27 80 50 130 0,63 0,24 0,94
5 6,3 5,20 5,52 5,52 5,41 40 16 56 0,64 0,21 0,95
6 3,0 2,60 3,12 3,12 2,95 10 5 15 0,58 0,12 0,98
Rezystancja od strony wtórnej:
Rezystancja od strony pierwotnej:
5. Sposób prowadzenia obliczeń oraz przykładowe obliczenia
5.1. Wyznaczanie przekładni transformatora.
Przekładnia transformatora określona jest następującym wzorem:
Ugo
=�
Udo
gdzie:
Ugo - wartość napięcia górnego
Udo - wartość napięcia dolnego
Pomiarów dokonano dla trzech różnych wartości napięć międzyfazowych górnych, dla
których otrzymano odpowiadające im wartości napięć międzyfazowych dolnych. Na
podstawie tych pomiarów obliczono wartości średnie (jako średnie arytmetyczne z trzech
wartości napięć międzyfazowych), otrzymując wartości napięć Ugo oraz Udo. Następnie
obliczono przekładnie dla każdego z pomiarów. Ostateczna wartość przekładni została
obliczona jako średnia arytmetyczna przekładni dla każdego z pomiarów i wynosi ona Uśr. =
1.66.
* przykładowe obliczenie dla 1 pomiaru:
Strona napięcia górnego:
Urs 400 V
400 +� 396,3 +� 400,7 1197
Ust 396,3 V U =� =� =� 399 V
go
3 3
Urt 400,7 V
3
Strona napięcia dolnego:
UUV 240 V
240 +� 241+� 241 722
UVW 241 V Udo =� =� =� 240,66 V
3 3
UWU 241 V
U
399
go
=� =� =� 1.66 V
Udo 240,66
5.2. Badanie stanu jałowego.
Wynikiem badania stanu jałowego miało być wykreślenie następujących charakterystyk:
I0(U10), P0(U10 0(U10), I0C(U10) przy I. W doświadczeniu mierzono: dwa napięcia
międzyfazowe, prądu w każdej z faz oraz moc w układzie Arona. Na podstawie pomiarów
napięcia i prądu obliczono U10śr. oraz I0 jako średnie arytmetyczne odpowiadających im
pomiarów (podobnie jak w przypadku wyznaczania przekładni).
Moc w układzie Arona wyraża się następującym wzorem:
P0 =� PI +� PII
Jednak trzeba pamiętać, że watomierz pierwszy miał odwróconą polaryzację gdyż jego
wskazówka wychylałaby się w drugą stronę i dlatego jego wartości były ujemne.
Wartość kosinusa kąta przesunięcia fazowego została wyznaczona z następującego wzoru:
P0
cos j�0 =�
3U10I0
Składowa czynna prądu I0 natomiast:
I0C =� I0 cosj�0
* przykładowe obliczenia dla 6 pomiaru:
PI = -4 W
PII = 60W P0 =� PI +� PII =� -�4 +� 60 =� 56 W
U10 = 300 V
P0 56 56
I0 = 0.19 A cosj�0 =� =� =� =� 0,567
98,72
3U10I0 3 *300 *0.19
P0 = 56 W
I0 = 0.19 A
cos0 = 0.567 I0C =� I0 cosj�0 =� 0.19*0.567 =� 0,08 A
5.3. Badanie stanu zwarcia.
W wyniku badania stanu zwarcia transformatora mamy otrzymać następujące
charakterystyki: I(UZ), PZ(UZ Z(UZ) przy U. Dodatkowo należało obliczyć rezystancję oraz
reaktancję zwarcia.
W tym wypadku, podobnie jak w poprzednim, mierzono napięcie międzyfazowe, prądy we
wszystkich fazach oraz moc w układzie Arona. Podobnie obliczono UZ i I jako średnie
odpowiadających im wartości pomiarów.
4
Moc w układzie Arona wyraża się następującym wzorem:
PZ =� PI +� PII
Wartość kosinusa kąta przesunięcia fazowego została wyznaczona z następującego wzoru:
PZ
cosj�Z =�
3UZI
Rezystancję zwarcia możemy obliczyć ze wzoru:
PZ
RZ =�
3I2
Reaktancja zwarcia wyraża się następującym wzorem:
2
ć� UZ ��
2
X =� �� �� -� RZ
Z
�� ��
3I
Ł� ł�
* przykładowe obliczenia dla 1 pomiaru:
PI = 260 W
PII = 160 W PZ =� PI +� PII =� 260 +�160 =� 420 W
UZ = 17,4 V
PZ 420 420
I = 14,8 A cosj�Z =� =� =� =� 0,94
446,03
3UZ I 3 *17,4*14,8
PZ = 420 W
PZ = 420 W
PZ 420 420 420
I = 14,8 A RZ =� =� =� =� =� 0,64 &!
2
3I 3*14,82 3* 219,04 657,12
PZ = 420 W
2
ć� UZ ��
2
I = 14,8 A X =� �� �� -� RZ =�=� 0,23 &!
Z
�� ��
3I
Ł� ł�
RZ = 0,64 &!
UZ = 17,4 V
5.4 Wyznaczenie charakterystyk zewnętrznych
"
" " "
5
Lp k I2 "Ur U2 cosĆ sinĆ Uwagi
2 2
- [A] - [V] - -
1 0,25 3,8 0,008 229,15
2 0,5 7,2 0,016 227,3
0,8i 0,6
3 0,75 11,4 0,024 225,45
U20=231[V]
4 1 15,2 0,032 223,6
"U =2,19%
RN
5 1,25 19 0,04 221,75
"U =2,42%
XN
1 0,25 3,8 0,0008 230,83
2 0,5 7,2 0,0015 230,65
0,8p -0,6
3 0,75 11,4 0,0023 230,48
4 1 15,2 0,003 230,31
5 1,25 19 0,0038 230,13
�� Przykładowe obliczenia:
Obliczenia dla drugiego pomiaru przy obciążeniu indukcyjnym:
Obliczenia dla trzeciego pomiaru przy obciążeniu pojemnościowym:
6
6. Charakterystyki
a) Stan Jałowy
�� Zależność prądu biegu jałowego Io, oraz prądu jałowego czynnego Ioc napięcia zasilania U
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
[A]
0,4 I0 (A)
0,3 I0C (A)
0,2
0,1
0
260 280 300 320 340 360 380 400
[V]
�� Charakterystyka współczynnika mocy cosf�o w funkcji napięcia zasilania Uo
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
cosf�o
coso
0,3
0,2
0,1
0
260 280 300 320 340 360 380 400
[V]
7
�� Zależność mocy pobranej przez transformator w stanie jałowym Po od napięcia zasilania Uo
120
100
80
60
[W]
P0
40
20
0
260 280 300 320 340 360 380 400
[V]
b) Stan Zwarcia
�� Zależność prądu zwarcia transformatora Iz, oraz współczynnika mocy w stanie zwarcia od
napięcia zasilania U
16
14
12
10
8
Iz (A)
6
cosz
4
2
0
3 6,3 9,7 12,4 15,4 17,4
[V]
8
�� Zależność mocy zwarcia Pz od napięcia zasilania U
450
400
350
300
250
[W]
200
Pz
150
100
50
0
3 6,3 9,7 12,4 15,4 17,4
[V]
c) Charakterystyki zewnętrzne
�� Zależność napięcia U2 od prądu I2 przy obciążeniu indukcyjnym i pojemnościowym
232
230
228
226
U2 [V]
224
222
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
I2 [A]
Obciążenie indukcyjne Obciążenie pojemnościowe
9
7. Wnioski
W ćwiczeniu badaliśmy transformator trójfazowy. Poddawaliśmy go dwóm próbom: stanu
zwarcia, oraz stanu jałowego. W wyniku pomiarów otrzymaliśmy charakterystyki podstawowych
wielkości transformatora.
W celu zmniejszenia prądu płynącego przez transformator by umożliwić pomiar wartości
przez mierniki w układzie zastosowane zostały przekładniki prądowe.
Pomiar wstanie jałowym polegał na badaniu zachowania się układu, jeżeli strona wtórna jest
rozwarta. W tym też stanie wyznaczyliśmy przekładnie transformatora mierząc odpowiednio
napięcie górne oraz dolne transformatora. Z wykonanych wykresów dla tego stanu widać, że
zależność pomiędzy napięciem zasilania, a prądem stanu jałowego jest zależnością paraboliczną.
Praca przy obniżonym napięciu zasilania w stanie jałowym jest możliwa, natomiast przy
podwyższonym napięciu znacznie rosną straty mocy i prąd jałowy, co jest niebezpieczne dla
transformatora.
W stanie zwarcia zaciski obwodu wtórnego są zwarte. Widać, że napięcie zwarcia jest dużo
mniejsze od napięcia znamionowego. Charakterystyczne jest to, że cosf�z jest w całym przedziale
wielkością stałą i zależy jedynie od rezystancji uzwojenia Rz , oraz reaktancji rozproszenia Xz , zatem
od parametrów wewnętrznych transformatora.
Charakterystyka zewnętrzna przy obciążeniu indukcyjnym jest zgodna z przebiegiem
teoretycznym, natomiast przy obciążeniu pojemnościowym odbiega ona właśnie od prawidłowej
krzywej i spowodowane jest to zapewne niedokładnymi pomiarami.
10