AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
	LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI
Wydział: Energetyki i paliw	Rok: II
Kierunek studiów: Technologia chemiczna	Grupa:
Temat ćwiczenia Badania i pomiary transformatora jednofazowego	Zespół:
Data wykonania:	Data oddania:

1. Wstęp teoretyczny

Transformator, urządzenie elektrotechniczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu zmiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego. Transformator zbudowany jest z dwóch cewek (uzwojeń) nawiniętych na wspólny rdzeń.

Zmiany strumienia magnetycznego stowarzyszonego z prądem płynącym przez pierwszą cewkę (tzw. uzwojenie pierwotne) indukują przepływ prądu elektrycznego w drugiej cewce (tzw. uzwojeniu wtórnym). Głównym parametrem użytkowym transformatora jest tzw. przekładnia, czyli stosunek liczby zwojów w uzwojeniu pierwotnym n₁ do liczby zwojów w uzwojeniu wtórnym n₂.

Dla idealnego transformatora, przy założeniu stuprocentowej sprawności transformacji energii, tj. gdy:

U₁I₁ = U₂I₂

(gdzie: U₁ – napięcie w uzwojeniu pierwotnym, I₁ – natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym, U₂, I₂ – analogiczne wielkości dla uzwojenia wtórnego); napięcie i natężenie prądu w uzwojeniu wtórnym określone jest przez równanie:

$$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$$

W praktyce pomiaru przekładni dokonuje się metodą woltomierzową przez pomiar napięć po stronie pierwotnej i wtórnej transformatora przy biegu jałowym. Spadki napięć wywołane prądem biegu jałowego są bardzo małe i można przyjąć z dobrym przybliżeniem, że:

E₁ ≈ U₁₀ oraz E₂ = U₂₀

Przekładnia:

$\vartheta = \frac{E_{1}}{E_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}} \cong \frac{U_{10}}{U_{20}}$

Gdzie: E₁ – siła elektromotoryczna strony pierwotnej

E₂ – siła elektromotoryczna strony wtórnej

1. Przebieg ćwiczenia:

Wykonano pomiary w trzech stanach:

1. Jałowym

2. Obciążenia

3. Zwarcia

Do obliczeń użyto następujących wzorów:

$n = \frac{U_{10}}{U_{20}}$ , $cos\phi = \frac{P}{U1N*I}$ , $R_{\text{Fe}} = \frac{U_{1N}^{2}}{P}$ , $Xu = \frac{U_{1N}}{I*sin\phi}$ , $n = \frac{P_{2}}{P_{1}}$ , ${U\ }_{Z\%} = \frac{U_{z}}{U_{1N}}$ , R = Zcosφ , X = Zsinφ

Schemat zastępczy transformatora:

1. Schemat układu transformatora jednofazowego w stanie jałowym:

Lp.	U1[V]	U2[V]	Io[A]	ΔP0 [W]	cosϕ₀	n	U1N[V]
1	60	29,6	0,02	1	0,227273	2,027027	220
2	69	34	0,025	1	0,181818	2,029412
3	83	41	0,03	2	0,30303	2,02439
4	92	45,8	0,035	2	0,25974	2,008734
5	104	51,4	0,04	3	0,340909	2,023346
6	114	56,6	0,045	3,5	0,353535	2,014134
7	124	61,3	0,052	4	0,34965	2,022838
8	137	67,9	0,065	5	0,34965	2,017673
9	151	74,5	0,075	6	0,363636	2,026846
10	161	79,7	0,09	7	0,353535	2,020075
11	191	93,8	0,165	10	0,275482	2,036247
12	206	100,8	0,26	12	0,20979	2,043651

1. Schemat układu transformatora jednofazowego w stanie obciążenia:

Lp.	U1[V]	U2[V]	I1[A]	I2[A]	P1[W]	P2[W]	cosϕ	$$\eta = \frac{P_{2}}{P_{1}} \bullet 100\% = \lbrack\%\rbrack$$
1	220	107,8	5,9	0,649	100	69,96	0,08	69,96
2	220	107,4	5,05	0,72	130	77,33	0,12	59,48
3	220	106,1	4,4	1,057	200	112,15	0,21	56,07
4	220	104,9	4,1	1,247	245	130,81	0,27	53,39
5	220	104,3	3,8	1,395	280	145,50	0,33	51,96
6	220	103,2	3,5	1,57	310	162,02	0,40	52,27
7	220	101,2	2,8	1,892	380	191,47	0,62	50,39
8	220	100,6	2,45	2,043	410	205,53	0,76	50,13
9	220	99,6	2,1	2,175	430	216,63	0,93	50,38
10	220	98,3	1,65	2,346	460	230,61	1,27	50,13
11	220	96,3	0,9	2,659	520	256,06	2,63	49,24
12	220	92,8	0,5	3,03	585	281,18	5,32	48,07

1. Układ pomiarowy do pomiaru stanu zwarcia transformatora jednofazowego

Stanem zwarcia nazywamy stan w którym do uzwojenia pierwotnego doprowadzone jest napięcie, a uzwojenie wtórne jest zwarte.

Napięcie zwarcia to takie napięcie doprowadzone do zacisków pierwotnych przy zwartym uzwojeniu wtórnym, pod wpływem którego w uzwojeniach płyną prądy znamionowe.

Wyniki pomiarów dla stanu zwarcia transformatora jednofazowego:

Lp.	U1 = Uz [V]	P 1 [W]	I 1 [A]	I 2 [A]	cosφ z	U z [%]	Zz [Ω]	Rz [Ω]	Xz [Ω]
1	105	35	3,5	7,1	0,095	47,73	33,87	3,22	33,71

1. Wnioski

Badania transformatora jednofazowego dokonuje się montując 3 schematy (stan: jałowy, zwarcia i obciążenia). Stan jałowy pozwala na pomiar strat w rdzeniu, prądu jałowego i napięcia stanu jałowego. Z tych wielkości możemy wyznaczyć inne wielkości charakteryzujące transformator, np. współczynnik mocy. W stanie zwarcia watomierz wskazuje nam straty mocy w miedzi oraz prąd i napięcie zwarcia – te pomiary pozwalają nam określić: współczynnik mocy w stanie zwarcia, impedancję, rezystancję oraz reaktancję zwarciową. Trzeci układ do badania stanu obciążenia pozwala nam wyznaczyć charakterystykę sprawności.