Ćwiczenie nr 52

Badanie transformatora

Wstęp:

Celem ćwiczenia jest określenie przekładni i sprawności transformatora. Określimy w ten sposób jego podstawowe parametry. Przekładnia transformatora mówi nam o tym w jakim stosunku liczbowym mają się do siebie: napięcie na uzwojeniu pierwotnym do napięcia uzwojenia wtórnego. Sprawność transformatora mówi nam o tym jaka część energii uzwojenia pierwotnego pojawia się na uzwojeniu wtórnym. Innymi słowy ile wynoszą straty powstające z racji działania transformatora.

Aby przeprowadzić doświadczenia potrzebne nam są: transformator, zasilacz prądu zmiennego z możliwością regulacji napięcia wychodzącego, dwa woltomierze, dwa amperomierze oraz opornik z możliwością regulacji generowanego oporu. W pierwszej części ćwiczenia badamy przekładnię transformatora. W tym celu do zasilacza podłączamy transformator; równolegle w obwodzie pierwotnym i wtórnym woltomierze. Nastawiamy kolejno różne wartości napięcia na zasilaczu i mierzymy wartości napięć na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym. Średnia arytmetyczna stosunków napięć będzie wyznaczała przekładnię transformatora. W drugiej części ćwiczenia dodatkowo do układu podłączamy równolegle dwa amperomierze oraz opornik do układu zasilanego prądem z uzwojenia wtórnego. Dokonujemy kolejnych pomiarów natężenia (napięcie jest stałe) i obliczamy moc (P = U*I) układu pierwotnego i wtórnego. Obliczenia te pozwalają nam na określenie poziomu sprawności transformatora.

Obliczenia:

Wyznaczanie przekładni transformatora

Napięcie pierwotne :

pomiar 1 – 15,14V

pomiar 2 – 17,18V

pomiar 3 – 19,27V

pomiar 4 – 21,37V

pomiar 5 – 23,49V

pomiar 6 – 25,55V

pomiar 7 – 27,62V

Napięcie wtórne :

pomiar 1 – 1,994V

pomiar 2 – 2,261V

pomiar 3 – 2,538V

pomiar 4 – 2,817V

pomiar 5 – 3,097V

pomiar 6 – 3,363V

pomiar 7 – 3,638V

Przekładnia transformatora :

pomiar 1 – 0,132

pomiar 2 – 0,132

pomiar 3 – 0,132

pomiar 4 – 0,132

pomiar 5 – 0,132

pomiar 6 – 0,132

pomiar 7 – 0,132

Wartość średnia

Wyznaczanie sprawności transformatora

Obwód pierwotny:

Napięcie pierwotne:

pomiar 1 – 16,27V pomiar 7 – 16,35V

pomiar 2 – 16,30V pomiar 8 – 16,34V

pomiar 3 – 16,31V pomiar 9 – 16,37V

pomiar 4 – 16,30V pomiar 10 – 16,37V

pomiar 5 – 16,32V pomiar 11 – 16,35V

pomiar 6 – 16,35V pomiar 12 – 16,35V

Natężenie pierwotne:

pomiar 1 – 14,63mA pomiar 7 – 7,14mA

pomiar 2 – 11,88mA pomiar 8 – 6,85mA

pomiar 3 – 9,88mA pomiar 9 – 6,62mA

pomiar 4 – 8,72mA pomiar 10 – 6,43mA

pomiar 5 – 8,01mA pomiar 11 – 6,31mA

pomiar 6 – 7,52mA pomiar 12 – 6,25mA

Obwód wtórny:

Napięcie wtórne:

pomiar 1 – 2,009V pomiar 7 – 2,141V

pomiar 2 – 2,050V pomiar 8 – 2,147V

pomiar 3 – 2,083V pomiar 9 – 2,155V

pomiar 4 – 2,107V pomiar 10 – 2,158V

pomiar 5 – 2,120V pomiar 11 – 2,162V

pomiar 6 – 2,132V pomiar 12 – 2,165V

Natężenie wtórne:

pomiar 1 – 83,4mA pomiar 7 – 13,72mA

pomiar 2 – 60,1mA pomiar 8 – 10,02mA

pomiar 3 – 42,2mA pomiar 9 – 6,84mA

pomiar 4 – 31,26mA pomiar 10 – 4,02mA

pomiar 5 – 23,70mA pomiar 11 – 2,05mA

pomiar 6 – 18,30mA pomiar 12 – 1,02mA

Moc prądu w uzwojeniu pierwotnym :

pomiar 1 – 238,03mW pomiar 7 – 116,74mW

pomiar 2 – 193,64mW pomiar 8 – 111,93mW

pomiar 3 – 161,14mW pomiar 9 – 108,37mW

pomiar 4 – 142,14mW pomiar 10 – 105,26mW

pomiar 5 – 130,72mW pomiar 11 – 103,17mW

pomiar 6 – 122,95mW pomiar 12 – 102,19mW

Moc prądu w uzwojeniu wtórnym :

pomiar 1 – 167,55mW pomiar 7 – 29,37mW

pomiar 2 – 123,21mW pomiar 8 – 21,51mW

pomiar 3 – 87,90mW pomiar 9 – 14,74mW

pomiar 4 – 65,86mW pomiar 10 – 8,68mW

pomiar 5 – 50,24mW pomiar 11 – 4,43mW

pomiar 6 – 39,02mW pomiar 12 – 2,21mW

Sprawność transformatora :

pomiar 1 – 70,39% pomiar 7 – 25,16%

pomiar 2 – 63,62% pomiar 8 – 19,22%

pomiar 3 – 54,55% pomiar 9 – 13,60%

pomiar 4 – 46,34% pomiar 10 – 8,24%

pomiar 5 – 38,44% pomiar 11 – 4,30%

pomiar 6 – 31,73% pomiar 12 – 2,16%

Rachunek błędów

Przekładnia transformatora

Dla pojedynczego błędu pomiaru przekładni , gdzie:

pomiar 1 – 0,00395 pomiar 7 – 0,00395

pomiar 2 – 0,00395 pomiar 8 – 0,00395

pomiar 3 – 0,00395 pomiar 9 – 0,00395

pomiar 4 – 0,00395 pomiar 10 – 0,00395

pomiar 5 – 0,00395 pomiar 11 – 0,00395

pomiar 6 – 0,00395 pomiar 12 – 0,00395

Sprawność transformatora

Błąd bezwzględny dla pojedynczego pomiaru sprawności transformatora

, gdzie:

pomiar 1 – 4,22% pomiar 7 – 1,51%

pomiar 2 – 3,82% pomiar 8 – 1,15%

pomiar 3 – 3,27% pomiar 9 – 0,82%

pomiar 4 – 2,78% pomiar 10 – 0,49%

pomiar 5 – 2,31% pomiar 11 – 0,26%

pomiar 6 – 1,90% pomiar 12 – 0,13%

Moc prądu w uzwojeniu wtórnym

Dla pojedynczego błędu pomiaru mocy prądu w uzwojeniu wtórnym

pomiar 1 – 5,02652mW pomiar 7 – 0,88124mW

pomiar 2 – 3,69615mW pomiar 8 – 0,64539mW

pomiar 3 – 2,63708mW pomiar 9 – 0,44221mW

pomiar 4 – 1,97594mW pomiar 10 – 0,26025mW

pomiar 5 – 1,50732mW pomiar 11 – 0,13296mW

pomiar 6 – 1,17047mW pomiar 12 – 0,06625mW

Wnioski:

Przekładnia jest wartością stałą i mówi nam jaką część napięcia pierwotnego będzie stanowić napięcie wtórne. Sprawność transformatora nie jest stała. Jest ona zależna (przy przyjętym stałym napięciu) od wartości natężenia prądu. Natężenie to maleje wraz ze wzrostem oporu stawianego przez opornik (zachowane zostaje prawo Ohma). Im większe natężenie tym większa sprawność transformatora. Moc układu pierwotnego i wtórnego spada wraz ze wzrostem oporu. Dla minimalnej wartości oporu w naszym ćwiczeniu sprawność wyniosła 70,39±4,22%. Dla maksymalnej wartości oporu obliczyliśmy sprawność 2,16±0,13% . Można więc wywnioskować, że do budowy transformatorów używa się materiałów o niskiej oporności w celu uniknięcia strat energii.