Politechnika Świętokrzyska
Laboratorium elektrotechniki
Nr ćwiczenia:
Data ćwiczenia: 12.10.2011r.

1. Wstęp teoretyczny.

Dławik- cewka indukcyjna nawinięta na rdzeń ferromagnetyczny. Jest elementem nieliniowym ze względu na nieliniowość charakterystyki magnesowania materiału, z jakiego wykonany został rdzeń. Charakterystyka B=f(H) dla dławika jest pętlą histerezy.

Transformator – urządzenie elektryczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego 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.

Schemat zastępczy transformatora idealnego

Schemat zastępczy transformatora rzeczywistego

Straty mocy w transformatorze

Podczas pracy transformatora rzeczywistego, czyli podczas przenoszenia energii z uzwojenia pierwotnego do wtórnego, tracona jest część mocy. Ma to miejsce w rdzeniu transformatora (tzw. straty w żelazie, wynikające z nagrzewania się rdzenia i zużywania mocy na magnesowanie rdzenia) oraz w uzwojeniu (tzw. straty w miedzi, wynikają z oporności materiału, z którego wykonane jest uzwojenie wtórne). Stosunek mocy po stronie wtórnej do mocy pobieranej przez transformator określa sprawność transformatora.

2. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady działania transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym. W tym ćwiczeniu poznajemy trzy podstawowe stany pracy transformatora: stan jałowy, zwarcia oraz obciążenia. Podłączając układ transformatora pod oscyloskop można wyznaczyć pętlę histerezy transformatora.

3. Schematy pomiarowe.
a) schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie jałowym:

b) schemat pomiarowy do badania transformatora w stanie zwarcia:

c) schemat pomiarowy do obserwacji pętli histerezy:

4.Wykaz przyrządów pomiarowych:
-woltomierz analogowy TLEM-Z
-watomierz analogowy LE-3 TLWFDS
-amperomierz analogowy 2x sztuki
-autotransformator Tar 1,6 P=1,6kVA, U1/U2=220V/0-250V, Imax=6,3A,

f=50Hz

-oscyloskop analogowy

-układ transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym

5. Tabele pomiarowe:
a)tabela pomiarowa do badania transformatora w stanie jałowym

Lp.	U1	U2	P	I	cos φφ	Pfe	Gfe	B
	V	V	W	A	-	W	S	S
1.	60	5	2	1	0,399	1,9994	0,00056	0,00017
2.	80	8	2,2	2	0,136	2,1976	0,00035	0,00025
3.	100	11	2,4	3	0,071	2,3946	0,00024	0,076
4.	120	13	3	4	0,057	2,9904	0,00021	0,00033
5.	140	15,5	4	5	0,051	3,985	0,0002	0,00036
6.	160	18	6	6	0,054	5,9784	0,00023	0,00038
7.	180	21	8	8,5	0,043	7,957	0,00024	0,00044
8.	200	23	9	11	0,0353	8,94	0,00023	0,0005
9.	220	26	12	14	0,0328	11,9274	0,00025	0,00052

Przykładowe obliczenia dla wiersza nr 5:

R_wat=30kΏ R_v=13,4k Ώ U=15,5V I=5A

cos φ= Pd=P--
Pd=4-
cos φ=

Pfe=Pd-R(I)²
Pfe=4-6*(0,05)²= 4-0,015= 3,985
Gfe=

Przykładowy schemat zastępczy transformatora w stanie jałowym oraz wykres wektorowy

b)tabela pomiarowa do badania transformatora w stanie zwarcia:

P=100VA
Uz=24v
I2_max=?

P=Uz*I2
100=24*I2_max /:24
4,16=I2_max

Lp.	U1	I1	I2	P	cos φ
	V	A	A	W	-
1	5	0,13	1	1	0,199
2	8,5	0,24	2	2	0,117
3	12	0,34	3	4	0,11
4	17,5	0,5	4	6	0,085

Przykładowe obliczenia dla wiersza nr 3:
R_wat=30kΏ R_v=13,4k Ώ U=12V I=3A
cos φ= Pd=P--

Pd=4-
cos φ=

Przykładowy schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia oraz wykres wektorowy

5. Charakterystyki i wykresy:
a) pętla histerezy jaką uzyskaliśmy podłączając transformator pod oscyloskop.

b) charakterystyka I=f(U):
c)charakterystyka P=f(U)

d) charakterystyka cos φ=f(U)

6. Wnioski:

W ćwiczeniu tym mięliśmy zbadać transformator i dławik. Uzyskane wyniki i charakterystyki nie odbiegały znacząca od wyników wzorcowych.. Podczas badania transformatora w stanie jałowym w którym jest nie obciążony, zaobserwowaliśmy, że napięcie i strumień osiągają wartości znamionowe, natomiast prąd jest bardzo mały w porównaniu z prądem znamionowym, dlatego straty w uzwojeniach są pomijalne małe, a moc czynna pobierana przez transformator jest równa w przybliżeniu stratom mocy w stali. Gdy uzwojenia wtórne transformatora zwarliśmy (U2=0, Z=0), wówczas transformator znajdował się w stanie zwarcia. Próbę zwarcia wykonaliśmy w taki sposób aby prąd wtórny nie przekroczył prądu znamionowego którego wcześniej obliczyliśmy. Ćwiczenie przebiegło bez problemów