Zespól szkół technicznych Rok szkolny: ........................
w ........................................ Klasa : ........................
SPRAWOZDANIE
Imię i Nazwisko: ................................................................... Nr ćw :....... Grupa: ..........
Specjalność: .......................................................................... Data wyk.ćw.: ....................
Temat ćwiczenia.: ........................................................................................................................
Przyjął: ................................................................. Data: ...................... Ocena: ..........
Temat ćw: Badanie transformatora jednofazowego.
Cel ćw: Poznanie budowy oraz właściwości transformatora jednofazowego i jego
praktycznego zastosowania.
Wiadomości Teoretyczne:
Transformator (z łac.
transformare - przekształcać) -
maszyna elektryczna służąca do
przenoszenia energii elektrycznej
prądu przemiennego drogą
indukcji z jednego obwodu
elektrycznego do drugiego, z
zachowaniem pierwotnej
częstotliwości.Zwykle zmieniane
jest równocześnie napięcie
elektryczne (wyjątek stanowi
transformator separacyjny, w
którym napięcie nie ulega
zmianie).
Transformator umożliwia w ten sposób na przykład zmianę napięcia panującego w sieci wysokiego
napięcia, które jest odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, na niskie
napięcie, do którego dostosowane są poszczególne odbiorniki. W sieci elektroenergetycznej zmiana
napięcia zachodzi kilkustopniowo w stacjach transformatorowych.
Z kolei w elektrowniach, gdzie napięcie generatora zawiera się w granicach od 6 kV do dwudziestu
kliku kV, stosuje się transformatory blokowe. Podwyższają one napięcia z poziomu napięcia
generatora, na poziom sieci przesyłowej (z reguły 220 lub 400 kV).
Budowa: Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami),
nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego.
Oba obwody są zazwyczaj odseparowane galwanicznie - co oznacza, że nie ma połączenia
elektrycznego pomiędzy uzwojeniami, a energia przekazywana jest przez pole magnetyczne.
Wyjątkiem jest autotransformator, w którym uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne posiadają
część wspólną i są ze sobą połączone galwanicznie.
Zasada działania: Jedno z uzwojeń (zwane pierwotnym) podłączone jest do z
ródła prądu
przemiennego, powoduje to przepływ w nim prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje
powstanie zmiennego pola magnetycznego. Zmienny strumień pola magnetycznego, przewodzony
przez rdzeń transformatora, przepływa przez pozostałe cewki (zwane wtórnymi). Zmiana strumienia
pola magnetycznego w cewkach wtórnych wywołuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej -
powstaje w nich zmienna siły elektromotoryczna (napięcie). Jeżeli pominie się opór uzwojeń oraz
pojemności między zwojami uzwojeń i przyjmie się, że cały strumień magnetyczny wytworzony w
uzwojeniu pierwotnym przenika przez rdzeń do uzwojenia wtórnego (nie ma strat pola
magnetycznego na promieniowanie), to taki transformator nazywamy idealnym. Dla transformatora
idealnego obowiązuje wzór:
gdzie:
" U - napięcie elektryczne
" I - prąd elektryczny (natężenie)
" n - liczba zwojów
" wej - strona pierwotna (stosuje się również oznaczenie 1)
" wyj - strona wtórna (stosuje się również oznaczenie 2)
Zależność pomiędzy natężeniami i napięciami wynika z wyżej opisanych zależności i z zasady
zachowania energii. W tym przypadku sprowadza się to do równości mocy wejściowej i wyjściowej:
Poniższy stosunek:
�! nazywamy przekładnią transformatora.
Jeżeli liczba zwojów (cewki) uzwojenia wtórnego jest mniejsza od liczby zwojów
uzwojenia pierwotnego, to indukowane napięcie jest niższe od napięcia pierwotnego, taki
transformator nazywa się obniżającym. Jeżeli liczba zwojów po stronie uzwojenia wtórnego jest
większa od liczby zwojów po stronie uzwojenia pierwotnego, to napięcie wtórne jest wyższe od
pierwotnego, a taki transformator nazywa się transformatorem podwyższającym.
Przebieg ćw nr: 1 ą Badanie stanu jałowego:
Do zacisków autotransformatora którym będziemy nastawiać żądane wartości dołączamy
amperomierz elektromagnetyczny A1, służący do pomiaru prądu I10 w tym uzwojeniu oraz
obwód prądowy watomierza elektrodynamicznego W1. Napięcie U10 na zaciskach 1-2
transformatora w stanie jałowym wskazuje woltomierz elektromagnetyczny V1. Wskazania
watomierza W1 odczytujemy jako moc czynną P0.
Moc pobierana przez transformator jest tracona w
jego uzwojeniach ą moc "P , oraz w rdzeniu
cu
"P , (prąd magnesowania i prądy wirowe) ze
Fe
względu na bardzo mały prąd płynący przez
uzwojenia strony pierwotnej można pominąć
Rysunek 1: Schemat pomiarowy "P i przyjąć dla stanu jałowego wskazania
cu
transformatora jednofazowego w stanie watomierza za moc "P .
Fe
jałowym
Tabela pomiarowa dla stanu jałowego transformatora jednofazowego
U10 I10 P0 IFe
cosŚ Q Iź
V A W - var A A
0 0 0 0 0 0 0
80 0,05 1 0,25 3,87 0,05 0,01
120 0,1 3 0,25 11,62 0,10 0,03
160 0,15 6 0,25 23,24 0,15 0,04
200 0,2 10 0,25 38,73 0,19 0,05
Charakterystyka transformatora w stanie jałowym
45
40
35
30
I10
25
Q
P0
20
cosŚ
15
10
5
1
0
0 50 100 150 200 250
Przebieg ćw nr: 2 ą Badanie stanu zwarcia:
Zaciski uzwojenia wtórnego badanego
transformatora Tr są zwarte. Amperomierz A1
służy do pomiaru prądu Iz w uzwojeniu
pierwotnym. Prąd ten nastawia się
autotransformatorem Atr. Napięcie zasilające
U1z odczytuje się ze wskazań woltomierza
elektromagnetycznego V1 a straty mocy Pz ze
Rysunek 2: Schemat pomiarowy
wskazań watomierza elektrodynamicznego
transformatora jednofazowego w stanie
W1. Zgodnie z definicją napięcie zwarcia
zwarcia
wyznacza się jako wartość napięcia
zasilającego ( U2 = U1z ), odpowiadającą znamionowemu prądowi pierwotnemu (I1z = I1N ).
Tabela pomiarowa dla stanu zwarcia transformatora jednofazowego
U10 I1z Pz cos�Ćz Z1z R1z X1z
0 0 0 0 0 0 0
20 0,16 0,5 0,16 125,00 3,13 124,96
30 0,18 1 0,1852 166,67 5,56 166,57
40 0,24 1,5 0,1563 166,67 6,25 166,55
50 0,3 3 0,2000 166,67 10,00 166,37
60 0,35 4 0,1905 171,43 11,43 171,05
70 0,4 5 0,1786 175,00 12,50 174,55
80 0,45 7 0,1944 177,78 15,56 177,10
Charakterystyka jednofazowego transformatora w stanie zwarcia
8
7
6
5
I1z
4
Pz
3
cos�Ć z
2
1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
U10
Przebieg ćw nr: 3 ą Badanie transformatora w stanie obciążenia:
W układzie pomiarowym jak na rys.3
watomierze elektrodynamiczne W1 iW2 są
przeznaczone do pomiarów mocy P1 i P2 po
stronie pierwotnej i wtórnej badanego
transformatora Tr. Woltomierz
Rysunek 3: Schemat pomiarowy transformatora w
elektromagnetyczny V2 mierzy spadek
stanie obciążenia
napięcia U2 na obciążeniu a amperomierz
elektromagnetyczny A2 prąd I2 płynący przez to obciążenie. Rezystorem Robc należy nastawić
wartość prądu I2 w zakresie od 0,2 do 1,2 prądu I2N przy czym I2N oznacza prąd znamionowy
strony wtórnej w naszym przypadku to 0,5 A.
Tabela pomiarowa transforamtora jednofazowego dla stanu obciążenia
I2 U2 P1 P2
�
0 0 0 0 0
0,15 24 5 4 0,80
0,25 42 13 10,4 0,80
0,3 52 19 14,8 0,78
0,35 60 27 24 0,89
0,4 68 35 26,4 0,75
0,45 78 45 33,2 0,74
0,5 86 55 41,6 0,76
I1z,Pz,cos
Charakterystyka sprawności transformatora jednofazowego
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5 �
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Uwagi i wnioski
Wnioski ą badanie transformatora jednofazowego dokonuje się mątując 3 schematy (stan:
jałowy, zwarcia i obciążenia) stan jałowy pozwala na pomiar strat w rdzeniu, prad jałowy, napięcie
stanu jałowego z tych wielkości możemy wyznaczyć inne wielkości charakteryzujące transformator
np. współczynnik mocy. W stanie zwarcia watomież nam wskazuje straty mocy w miedzi oraz prąd
i napięcie zwarcia ą te pomiary pozwalają nam określić : współczynnik mocy w stanie zwarcia,
impedancję, rezystancję i reaktancje zwarciową. Trzeci układ do badania stanu obciążenia pozwala
nam wyznaczyć charakterystykę sprawności.
Uwagi ą Charakterystyka współczynnika mocy w stani jałowym znacznie odbiega od
idealnej jest to spowodowane złym przeskalowaniem osi OY.