1
BADANIE TRANSFORMATORA TRÓJFAZOWEGO
1. Cel ćwiczenia
Przedmiotem badań jest transformator trójfazowy, rdzeniowy, chłodzony powietrzem na niskie napięcie.
Uzwojenia obu stron transformatora mają wyprowadzone po sześć zacisków i są przewidziane do łączenia
w gwiazdę i trójkąt. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pracą transformatora w stanach: jałowym,
zwarcia i obciąz
enia, oraz wyznaczenie charakterystyk, sprawności i grupy połączeń badanego
transformatora.
1.2. Dane znamionowe transformatora
Po zapoznaniu się z tabliczką znamionową transformatora należy dokonać oględzin zewnętrznych. Na
podstawie danych znamionowych transformatora należy dobrać odpowiednie przyrządy pomiarowe.
1.3. Przebieg pomiarów
1.3.1. Pomiar rezystancji uzwojeń
Rezystancje uzwojeń mierzy się metodą techniczną według schematu przedstawionego na rysunku 1.1.
Badane uzwojenie zasila się napięciem stałym, wykonując po 3 pomiary dla wszystkich uzwojeń, gdzie:
AX, BY, CZ - początki i końce uzwojenia pierwotnego
ax, by, cz - początki i końce uzwojenia wtórnego.
A B C
X Y Z
a b c
x y z
Rys. 1.1. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji uzwojeń transformatora.
Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.1. oraz oblicza się
ŁR
Rśr =
3
Tabela 1.1
U I R Rśr U I R Rśr U I R Rśr
Lp.
V A &! &! V A &! &! V A &! &!
zaciski A-X zaciski B-Y zaciski C-Z
1
2
3
zaciski a-x zaciski b-y zaciski c-z
1
2
3
2
1.3.2. Wyznaczanie przekładni transformatora
Pomiar przekładni wykonuje się w stanie jałowym transformatora za pomocą woltomierzy mierzących
napięcia międzyprzewodowe pierwotne U1 i wtórne U2. Napięcie zasilające reguluje się do 0.7 Un
regulatorem indukcyjnym RI. Schemat połączeń przedstawiony jest na rysunku 1.2, a wyniki pomiarów
wpisuje się do tabeli 1.2.
Ń1śr + Ń2ś + Ń3śr
Ń =
- przekładnia transformatora
3
A X x a
L1
B Y b
y
L2
RI
C Z z c
L3
Rys. 1.2. Schemat połączeń do pomiaru przekładni (uzwojenia połączone w układzie gwiazda - gwiazda).
Tabela 1.2.
zacisk AB/ab zacisk BC/bc zacisk AC/ac
Ń1 Ń1śr Ń1 Ń1śr Ń1 Ń1śr
Lp.
U10 U20 U10 U20 U10 U20
V V - - V V - - V V - -
1.3.3. Próba stanu jałowego
Próba stanu jałowego służy do określenia prądu, strat i współczynnika mocy stanu jałowego. Schemat
połączeń podany jest na rysunku 1.3. Uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem regulowanym od 0.1 do
1.3 Un, a uzwojenie wtórne jest rozwarte.
*
A X x a
*
Wą
L1
*
B Y b
y
*
W�
L2
RI
C Z z c
L3
Rys. 1.3. Schemat połączeń do próby stanu jałowego transformatora.
Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.3 oraz oblicza się:
UAB + UBC + UCA
U0 = - napięcie stanu jałowego
3
IA + IB + IC
I0 = - prąd stanu jałowego
3
3
P0 = Pą ą P�
- moc czynna (w układzie Arona)
2
"P0 = P0 - 3Rf I0 - straty mocy
U0f U0
z� = =
I0f
3I0 - dla wartości znamionowej napięcia
P0
cos�0 =
- współczynnik mocy stanu jałowego
3U0I0
sin�0 = 1- cos2 �0
I0w = I0 cos�0
- składowa czynna prądu jałowego
I� = I0 sin�0
- składowa bierna prądu jałowego
Tabela 1.3.
Pomiary
UAB UBC UAC IA IB IC Pą P�
Lp.
V V V A A A W W
Obliczenia
U0 I0 P0 "P0 cos�0 sin�0 I0w I�
Lp.
V A W W - - A A
4
Charakterystyki stanu jałowego, czyli zależności P0, I0, cos�0 = f(U0), przedstawiono na rysunku 1.4.
Krzywa P0 = f(U0) jest w przybliżeniu parabolą, ponieważ straty w rdzeniu są prawie proporcjonalne do
kwadratu indukcji, a więc i napięcia. Napięcie jest proporcjonalne do strumienia, a strumień do indukcji.
Składowa bierna prądu jałowego I�, znacznie większa od składowej czynnej I0w, zmienia się w funkcji
napięcia według krzywej magnesowania, dlatego przebieg prądu jałowego Io jest prawie taki sam jak
przebieg prądu I�. Składowa czynna prądu jałowego Iow jest proporcjonalna do napięcia.
Ponieważ:
I0w
cos�0 =
I�
to na skutek znacznie szybszego wzrostu prądu magnesującego od wzrostu czynnego prądu Iow, przebieg
cos�0 = f(U0) jest zależnością silnie opadającą (rys. 1.4). Z charakterystyk stanu jałowego dla znamionowego
napięcia należy odczytać  znamionowe wartości biegu jałowego: prądu, mocy i współczynnika mocy.
1.3.4. Próba zwarcia ustalonego
Próba zwarcia ustalonego służy do określania napięcia zwarcia, strat obciążeniowych, dodatkowych oraz
impendancji zwarcia i jej składowych Rz i Xz.
P0; cos�0; I0; I ; I0w
�
P0
"P0
P0n
I0
1
I0n
I�
cos�0
Pon
I0w
cos�0n
U0n U0
Rys. 1.4. Charakterystyki stanu jałowego transformatora.
Stanem zwarcia ustalonego transformatora nazywa się taki stan ustalony, w którym przy zwartych
zaciskach wtórnych, do zacisków pierwotnych jest przyłożone napięcie wymuszające i w uzwojeniach
transformatora płyną prądy nie wiele przekraczające znamionowe. Napięcie, które występuje w stanie
zwarcia ustalonego nazywa się napięciem zwarcia transformatora. Wartość napięcia zwarcia zależy od mocy
transformatora, wielkości napięcia pierwotnego i zawiera się w granicach od kilku do kilkunastu procent
napięcia znamionowego. Schemat połączeń układu do próby zwarcia przedstawiony jest na rysunku 1.5.
Przy zwartej stronie wtórnej transformatora napięcie przyłożone do strony pierwotnej zmienia się od
wartości, przy której I=1.3In, do zera. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.4 oraz oblicza się:
UAB + UBC + UCA
Uz = - napięcie zwarcia
3
IA + IB + IC
Iz = - prąd zwarcia
3
5
*
A X x a
*
Wą
L1
*
B Y b
y
*
W�
L2
RI
C Z z c
L3
Rys.1.5. Schemat połączeń układu do próby zwarcia
Tabela 1.4.
Pomiary
UAB UBC UAC IA IB IC Pą P�
Lp.
V V V A A A W W
Obliczenia
Uz Iz Pz Uz% cos�z Izn Zz Xz Rz
Lp.
V A W - - A &! &! &!
6
PZ = Pą + P� - moc zwarcia
PZ
cos�Z = - współczynnik mocy przy
3UZIZ zwarciu
Uz
Uz % = �"100% - napięcie zwarcia w procentach
Un
Iz; P; cos�z
z
Pz
Iz
In
Pzn
cos�z
Uzn Uz
Rys. 1.6. Charakterystyki zwarcia transformatora.
Napięcie zwarcia Uzn (Uzn%), przy którym przez uzwojenia transformatora płyną prądy znamionowe, jest ważną
wielkością, mającą swoje miejsce na tabliczce z danymi znamionowymi każdego transformatora. Zatem należy je
wyznaczyć i wyróżnić.
Un
Izn = In - ustalony prąd zwarcia przy napięciu znamionowym
Uzn
Uz
Zz = - impedancja zwarcia
Iz
Xz = Zz sin�z - reaktancja zwarcia
Rz = Zz cos�z - rezystancja zwarcia
Charakterystyki zwarcia, czyli zależność Iz, Pz cos�z=f(Uz) przedstawione są na rysunku 1.6. Rezystancja
zwarcia Rz w czasie trwania próby zwarcia nie ulega zmianie. Reaktancja zwarcia Xz ma również wartość
stałą, gdyż odpowiada przewodności magnetycznej na drodze strumieni rozproszenia, przebiegającej
w powietrzu. Przenikalność magnetyczna powietrza jest stała, więc i reaktancja Xz jest także stała. Stała
wartość cos�z i prostoliniowa zależność Iz=f(Uz) są oczywiste wobec stałości Rz i Xz. Moc Pz jest
proporcjonalna do kwadratu prądu, a wobec liniowej zależności między prądem i napięciem, także do
kwadratu napięcia. Stąd wynika paraboliczny przebieg Pz=f(Uz).
1.3.5. Próba obciążenia transformatora
Pomiary obciążenia transformatora przeprowadza się przy stałym napięciu znamionowym U1=U1n, stałej
częstotliwości f i stałym współczynniku mocy w obwodzie wtórnym.
7
Przy obciążeniu strony wtórnej trójpłytowym opornikiem wodnym cos�2 = const = 1. Pomiary
rozpoczyna się od stanu jałowego (I2 = 0) do momentu, gdy prąd strony wtórnej I2 = 1.3I2n. Schemat
połączeń podany jest na rysunku 1.7. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 1.5.
*
A X x a
*
Wą
L1
*
B Y b
y
*
W�
L2
RI
C Z z c
L3
Rys. 1.7. Schemat połączeń do próby obciążenia transformatora.
Tabela 1.5.
Pomiary
U1 I2 Pą P� U2 I2
Lp.
V V W W V A
Obliczenia
S P1 cos�1 P2 U/2 "U "U% �
Lp.
VA W - W V V % -
8
gdzie:
- moc pozorna
S = 3U1I1
PZ = Pą ą P�
- moc czynna pobrana przez transformator
P1
cos�1 =
S
- współczynnik mocy strony pierwotnej
P2
� =
- sprawność transformatora
P1
P2 = 3U2I2 cos�2 - moc czynna wydawana
/
U2 = ŃU2
- napięcie wtórne odniesione do obwodu pierwotnego
/
"U = U1 - U2 - zmienność napięcia
"U
"U% = 100% - procentowy spadek napięcia
U1
Charakterystyki obciążenia, czyli zależności U2, I1, cos�1, � = f(I2) przy U1 = const i cos�2 = 1
przedstawione są na rysunku 1.8.
U2; I1; �; cos�1
U20
U2
1
cos�
1
�
I1
cos�
0
I0
I2n I2
Rys. 1.8. Charakterystyki transformatora.
Napięcie U2 ze wzrostem obciążenia nieznacznie maleje, gdyż rosną spadki napięć na impendancji
zwarcia transformatora. Współczynnik mocy cos�1 rośnie w miarę zwiększania obciążenia, gdyż prąd
magnesujący podczas całego zakresu obciążenia jest prawie stały, a prąd czynny rośnie (U1 = const).
1.3.6. Obliczanie sprawności transformatora
Sprawność oblicza się metodą strat poszczególnych, wykorzystując wyniki pomiarów strat stanu
jałowego i stanu zwarcia. obliczenia wykonuje się dla następujących założeń i warunków: cos� = 1, U1 = Un.
Prąd obciążenia transformatora przyjmuje się jako kIn dla k = 1.2; 1; 0.8; 0.6; 0.4; 0.2, gdzie k = I/In  jest
względnym prądem obciążenia.
Wyniki obliczeń wpisuje się do tabeli 1.6 gdzie:
- cos� = 1 - cos�1 = cos�2 (przy pominięciu prądu I�)
9
- I1n - znamionowy prąd strony pierwotnej
- Sn - znamionowa moc pozorna
- "P0n - straty w żelazie wyznaczone wg. pkt. 1.3.3 (rys. 1.4)
- "Pzn = Pzn - straty w miedzi wyznaczone wg. pkt. 1.3.4 (rys. 1.6)
Tabela 1.6.
cos� KI1n Sn "P0n "Pzn �
k
- A VA W W -
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
"P0n + k2"Pzn
� = 1-
kSn cos�
Na podstawie obliczeń umieszczonych w tabeli 1.6 wykreśla się zależność � = f(k).
�
�max
I
0,75 1 k = 0
I
Rys. 1.9. Wykres sprawności transformatora dla cos� = 1.
1.3.7. Wyznaczanie grup połączeń transformatora metodą woltomierza
Z wielu możliwych układów połączeń wyróżnia się trzy grupy główne połączeń transformatora:
1) Yy0
2) Dy5 Yd5 Yz5
3) Dy11 Yd11 Yz11
Na rysunku 1.10 podany jest schemat pomiarowy do wyznaczenia pierwszej grupy głównej. Zaciski A-a
są ze sobą zwarte, a transformator zasilany jest napięciem trójfazowym obniżonym.
10
A X x a
L1
B Y b
y
L2
RI
U1 U2
C Z z c
L3
Rys. 1.10. Schemat połączeń do wyznaczania pierwszej grupy głównej transformatora.
Dla pierwszej grupy głównej spełniona jest zależność:
UBb = UCc = U1 - U2
Na rysunku 1.11 podany jest schemat połączeń do wyznaczania drugiej i trzeciej grupy głównej. Zacisk
fazy uzwojenia zasilanego jest połączony z punktem zerowym transformatora. Dla drugiej grupy głównej
jest spełniona zależność:
U2 U2
UBa = U1 oraz UCc = U1 +
3 3
0
A X x a
L1
B Y b
y
L2
RI
U1 U2
C Z z c
L3
Rys. 1.11. Schemat połączeń do wyznaczania drugiej i trzeciej grupy głównej transformatora.
Dla trzeciej grupy głównej spełniona jest zależność:
U2 U2
UBa = U1 - oraz UCc = U1 +
3 3
Po wykonaniu pomiarów odpowiednich napięć należy zaliczyć transformator do danej grupy połączeń.
W tabeli 1.7 przedstawione są grupy połączeń transformatorów dwuuzwojeniowych
gdzie:
U1
Ń =
- przekładnia transformatora
U2
1.4. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawierać:
- dane znamionowe badanego transformatora;
- charakterystyki stanu jałowego, zwarcia i obciążenia;
- wyznaczenie znamionowych strat mocy transformatora;
- obliczenia sprawności metodą strat poszczególnych;
- wyznaczenie procentowego napięcia zwarcia;
- wyznaczanie parametrów schematu zastępczego transformatora z�, zz, Rz, Xz.
- wnioski i spostrzeżenia.
11
Układ połączeń
Kąt Warunek
uzwojenia
Symbol
przesunięcia przynależności
grupy Obliczenia
wektorów transformatora
połączeń
pierwotnego wtórnego
napięcia do danej grupy
1 2 3 4 5 6
Transformatory jednofazowe
A X a x
U1
Ń =
I i 0 0
U2
Transformatory trójfazowe
A B C a b c
Jeżeli napięcia
UBb0 = U2(-1)
pomierzone są
odpowiednio
UBc0 = U2 1- Ń + Ń
Yy0 0
równe napięciom
obliczonym:
UCb0 = U2 1- Ń + Ń
grupa 0h
A B C a b c
Dy5
Jeżeli napięcia
pomierzone są
A B C a b c
odpowiednio
UBb0 = U2 1+ 3Ń + Ń
równe napięciom
obliczonym to
UBc0 = U2 1+ 3Ń + Ń
Yd5
+150
transformator
należy do grupy
UCb0 = U2 1+ 3Ń + Ń
połączeń
o przesunięciu
A B C a b c
godzinowym 5h
Yz5
A B C a b c
Dy11
Jeżeli napięcia
pomierzone są
A B C a b c
UBb0 = U2 1- 3Ń + Ń2 odpowiednio
równe napięciom
UBc0 = U2 1- 3Ń + Ń2 obliczonym to
Yd11 +330
transformator
UCb0 = U2 1+ Ń2 należy do grupy
połączeń
o przesunięciu
A B C a b c
godzinowym 11h
Yz11
11