Politechnika Lubelska		Laboratorium Teorii Maszyn Elektrycznych
		Ćwiczenie Nr 11
Nazwisko: Wiński Wiśniewski Osiak Kuśmierczyk	Imię: Zenon Krzysztof Mariusz Andrzej		Semestr VI	Grupa ED 6.3	Rok akad. 1997
Temat ćwiczenia: Badanie transformatora jednofazowego				Data wyk. 08.04.1997	Ocena:

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktyczne potwierdzenie i ugruntowanie teorii transformatora jednofazowego , poznanie metod pomiarowych oraz podstawowych jego własności i charakterystyk.

Wykonanie ćwiczenia

1. Dane znamionowe badanego transformatora

PL-E10-P3-48

Sn = 1,6 kVA

U1 = 220 V U2 = 380 V

I1 = 7,3 A I2 = 4,2 A

Uz% = 4,26 %

2. Odczytanie rezystancji uzwojeń

T = 20°C

R₂₂₀ = 39 Ω R ₃₈₀ = 1,52 Ω

3. Badanie stanu jałowego transformatora

W układzie pomiarowym na Rys.1. po włączeniu zasilania, zwiększa się napięcie transformatora badanego do wartości ok. 1,1 U_n . W tym czasie dla około 10 wartości pośrednich dokonuje się odczytów napięcia pierwotnego, wtórnego, prądu jałowego i mocy pobieranej przez transformator.

Rys. 1. Układ połączeń do prób transformatora w stanie jałowym.

Spis przyrządów pomiarowych:

A - amperomierz elektromagnetyczny; kl. 0,5; 50Hz; zakresy: (0,6; 1,2; 3; 6; 12) A;

l.dz :60;

V₁ - woltomierz elektrom. ekranowany; kl. 1; zakr.: (150,300)V; l.dz.: 150;

V₂ - woltomierz elektrom tablicowy; kl. 1,5; zakr.: 400V; l.dz.: 40;

W₁ - watomierz elektrodynam. ekranowany; kl.0,5; 50Hz; zakr. nap.: 100,200,400 V;

zakr. prądowe : 5,10 A; l.dz. :100;

At - autotransformator PL.- E10- P3- 115; U = 0-250V

Tablica pomiarów w stanie jałowym:

U1	U2	I0	io%	Po	ΔPuo	ΔPż	Iocz	Iμ	cosϕ	υ
[ V ]	[ V ]	[ A ]	[ % ]	[ W ]	[ W ]	[ W ]	[ A ]	[ A ]	[ ... ]	[ ... ]
20	20	0,07	0,96	0	0,002	0,00	0,000	0,070	0,000	1,000
50	85	0.1	1,64	2	0,006	1,99	0,040	0,113	0,333	1,700
80	140	0,162	2,22	7,5	0,010	7,49	0,094	0,132	0,579	1,750
108	180	0,22	3,01	12,5	0,019	12,48	0,116	0,187	0,526	1,667
135	235	0,3	4,11	20	0,035	19,96	0,148	0,261	0,494	1,741
157	272	0,4	5,48	23	0,062	22,94	0,146	0,372	0,366	1,732
182	310	0,56	7,67	30,3	0,122	30,18	0,166	0,535	0,297	1,703
205	350	0,78	10,68	41	0,237	40,76	0,200	0,754	0,256	1,707
220	380	1	13,70	50	0,390	49,61	0,227	0,974	0,227	1,727
240	410	1,36	18,63	60	0,721	59,28	0,250	1,337	0,184	1,708

W tablicy tej:

- i_0% = (I₀/I_1n)*100% = (0,3/7,3)*100% = 4,11% - procentowy prąd jałowy transformatora w odniesieniu do prądu znamionowego

- P₀ = α * c_w = 20 W - moc wskazana przez watomierz'

- DP_u0 = I₀² *R₁ = (0,3A)² * 0,39W = 0,035 W - strata prądowa w uzwojeniu

pierwotnym transformatora,

- DP_ż = P₀ - DP_u0 =20 W - 0,035 W = 19,96 W - straty w rdzeniu transformatora,

-Iocz = P₀ / U₁ = 20 W/ 135 V = 0,148 A -składowa czynna prądu jałoweg

-I_m = == 0,261 A -składowa magnesująca prądu

jałowego;

-cosj₀ =P₀/(U₁* I₀) = 20 W/(135 V* 0,3 A) =0,494 - współczynnik mocy w stanie

jałowym;

- u = U₂₀ / U₁ = 235 V/135 V = 1,741 - przekładnia transformatora;

Rys. 2. Wykresy charakterystyk : ΔP_ż =f(U₁) oraz ΔP_ż =f(U₁²)

Rys. 3. Wykresy ch-k : I₀ =f(U₁), I_ocz =f(U₁), I_μ =f(U₁), cosϕ₀ =f(U₁),

Stan zwarcia transformatora

Sposób pomiaru:

Po włączeniu zasilania zwiększa się w sposób płynny napięcie zasilające transformator do takiej wartości, przy której pobiera on prąd większy o ok. 10 % od prądu znamionowego.

Pomiary należało wykonywać możliwie prędko, aby nie podgrzać w tym czasie zbyt mocno uzwojeń transformatora. Pomiary wykonano dla sześciu różnych wartości napięcia zasilającego

Rys. 4. Układ połączeń do prób transformatora w stanie zwarcia.

Aparatura pomiarowa tak jak przy pomiarze transformatora w stanie jałowym.

Tablica pomiarów przy zwarciu pomiarowym transformatora:

Lp	Uz	Iz	Pz	cosϕz
	[V]	[A]	[W]	---
1	1	1,8	2,5	1,389
2	3	3	10	1,111
3	5,4	4,8	22	0,849
4	6,6	6	38	0,960
5	7,8	7	50	0,916
6	8,4	8	60	0,893

W tablicy tej:

-Pz =a*c_w = 50 W - moc pobrana przy próbie zwarcia;

-cosϕ_z = DPz /( Uz * Iz ) = 50 W / (7,8 V*7 A) =0,916 -współczynnik mocy przy zwarciu;

Rys. 5. Charakterystyki napięcia zwarcia Uz oraz współczynnika zwarcia cosϕ_z w funkcji prądu zwarcia I_z.

5.Stan obciążenia transformatora

Rys. 6. Układ połączeń do pomiarów w stanie obciążenia transformatora

Spis przyrządów pomiarowych:

A₁- amperomierz elektromagnetyczny; kl. 0,5; 50Hz; zakresy: (0,6; 1,2; 3; 6; 12) A;

l.dz :60;

V₁ - woltomierz elektrom. ekranowany; kl. 1; zakr.: (150,300)V; l.dz.: 150;

V₂ - woltomierz elektrom tablicowy; kl. 1,5; zakr.: 400V; l.dz.: 40;

W₁ - watomierz elektrodynam. ekranowany; kl.0,5; 50Hz; zakr. nap.: 100,200,400 V;

zakr. prądowe : 5,10 A; l.dz. :100;

At - autotransformator PL.- E10- P3- 115; U = 0-250V

A₂ - amperomierz elektromagnetyczny; kl. 0,5; 50Hz; zakresy: (0,6; 1,2; 3; 6; 12) A;

l.dz :60;

W₂ - watomierz elektrodynam. ekranowany; kl.0,5; 50Hz; zakr. nap.: 100,200,400 V;

zakr. prądowe : 5,10 A; l.dz. :100;

Wykonanie pomiarów:

Przy otwartym wyłączniku W₁ zasilono układ pomiarowy. Następnie autotransformatorem regulacyjnym doregulowano napięcie pierwotne transformatora do wartości znamionowej i wartość tę utrzymywano na stałym poziomie.Pomiary wykonano dla następujących obciążeń transformatora:

czynnego,

indukcyjnego,

pojemnościowego

Tablice pomiarów w stanie obciążenia transformatora:

Obciążenie czynne:

U = 220V

Lp	I1	P1	S1	cosϕ	P2	I2	U2	Rw	η
	[ A ]	[ W ]	[ V A ]	[ ... ]	[ W ]	[ A ]	[ V ]	[ Ω ]	[ ... ]
1	1,3	200	286	0,699	140	0,37	380	1027	0,7
2	2	380	440	0,864	325	0,8	380	475	0,86
3	3	620	660	0,939	560	1,5	380	253,33	0,90
4	4,1	900	902	0,998	830	2,2	380	172,73	0,92
5	5,1	1120	1122	0,998	1040	2,8	380	135,71	0,93
6	6	1320	1320	1,0	1240	3,3	380	115,15	0,94
7	7	1560	1540	1,0	1440	3,9	380	97,44	0,92

Obciążenie indukcyjne:

U = 220 V

L.p.	I1	P1	S1	cosϕ	P2	I2	U2	XL	η
	[ A ]	[ W ]	[ V A ]	[ ... ]	[ W ]	[ A ]	[ V ]	[Ω]	[ ... ]
1.	3,3	80	726	0,110	20	1,4	380	271,43	0,25
2.	4,1	100	902	0,111	30	1,8	380	211,11	0,30
3.	4,6	120	1012	0,119	40	2,1	380	180,95	0,33
4.	5	130	1100	0,118	45	2,4	380	158,33	0,35
5.	5,7	151	1254	0,120	55	2,7	380	140,74	0,36
6.	6	160	1320	0,121	60	3	380	126,67	0,38
7.	6,8	180	1496	0,120	75	3,4	380	111,76	0,42
8.	8	200	1760	0,114	100	4,1	380	92,68	0,50

Obciążenie pojemnościowe

U = 220V

Lp	I1	P1	S1	cosϕ	P2	I2	U2	Xc	η
	[ A ]	[ W ]	[ V A ]	[ ... ]	[ W ]	[ A ]	[ V ]	[ W ]	[ ... ]
1	1,05	60	231	0,26	0	1,1	380	345,45	0
2	2,95	70	649	0,11	0	2,2	380	172,73	0
3	4,75	90	1045	0,09	0	3,3	380	115,15	0
4	6,6	120	1452	0,08	0	4,3	380	88,37	0

W tablicy tej:

- P₁ = a₁ * c_w1 - moc wskazana przez watomierz W₁;

- S₁ = U₁ * I₁ - moc pobrana przez transformator;

- P₂ = a₂ * c_w2 - moc wskazana przez watomierz W₂ ;

- cosj₁= P₁ /S₁ - współczynnik mocy po stronie pierwotnej transformatora;

- R_W, X _L, X _C = U₂ /I₂ - opory obciążenia transformatora;

- h = P₂ /P₁ - sprawność transformatora;

Przykłady obliczeń dla obc. indukcyjnego:

S₁ = 220 V * 5,7 A = 1254 VA

cosj₁ =151 W / 1254 VA = 0,12

Rys. 7. Charakterystyki zewnętrzne : U₂ = f( I₂ ) dla obciążeń : R, L, C,.

6. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora.

Opory gałęzi poprzecznej schematu oblicza się na podstawie wyników z próby stanu

jałowego( obliczenia dla punktu 9 z tablicy I ):

dla U = Un = 220V

Opory gałęzi podłużnej oblicza się na podstawie wyników z próby stanu zwarcia:

dla I = 4,8 A

R1 = 0,39Ω

R2' = 1,52Ω

Rk = R1 + R2 = 1,91Ω

X1=X2=Xk/2=1,1Ω

Rys. 8. Dokładny schemat zastępczy transformatora.

Wnioski:

Wyniki otrzymane przy próbie transformatora w stanie jałowym okazały się prawidłowe. Ponieważ DP_ż = c₁ U₁² zatem charakterystyka DP_ż = f( U₁) powinna być parabolą. A zależność DP_ż = f ( U₁²) - linią prostą. Wykres zależności I_0cz = f( U₁) jest linią prostą ,co wynika z równania : I_0cz =c₁ U₁. Pomiar stanu jałowego udowodnił to, że w stanie jałowym najistotniejsza jest składowa magnesująca ( bierna) prądu jałowego, zaś składowa czynna prądu jest stosunkowo mała . Charakterystyka cosj_z =f( I_z ) otrzymana na podstawie pomiarów transformatora w stanie zwarcia odbiega kształtem od ch -ki podanej w podręczniku. Mogło to być spowodowane błędnym odczytem wskazań watomierza W.

Pomiar stanu obciążenia wykazał, że zdecydowanie najkorzystniejsze dla pracy transformatora jednofazowego jest obciążenie czynne, zaś najmniej korzystne jest obciążenie pojemnościowe.

---