Charakterystyki stanu jałowego transformatora

Charakterystyki stanu obciążonego transformatora

Charakterystyki stanu zwarciowego transformatora

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z budową i działaniem transformatora jednofazowego. Wykonanie podstawowych badań charakterystycznych dla tego typu urządzeń elektrycznych.

2. Wiadomości ogólne.

Transformator jednofazowy jest urządzeniem elektrycznym służącym do przetwarzania energii elektrycznej prądu przemiennego o określonym napięciu na prąd przemienny o innym napięciu, ale o takiej samej częstotliwości. Transformator działa na zasadzie indukcji wzajemnej dwóch uzwojeń: pierwotnego, zasilanego napięciem przemiennym i wtórnego, z którego pobierana jest energia elektryczna. Składa się on z rdzenia wykonanego z blach transformatorowych oraz przynajmniej z dwóch uzwojeń – pierwotnego i wtórnego nawiniętych na rdzeniu.

Znajomość poszczególnych parametrów transformatora umożliwia wykonanie schematu zastępczego transformatora. Przez schemat zastępczy rozumie się taki model sieci, złożony z rezystancji i reaktancji, który ma te same równania ruchu oraz taki sam wykres wektorowy jak transformator rzeczywisty. Wszystkie parametry schematu zastępczego z wyjątkiem Z₂ (impedancja) są wielkościami stałymi, mogą być one wyznaczone z próby stanu jałowego i z próby zwarcia.

3. Stan jałowy transformatora.

Stanem jałowym transformatora nazywamy taki stan pracy, w którym uzwojenie pierwotne zasilane jest napięciem U₁ , natomiast uzwojenie wtórne nie jest obciążone. Na podstawie tych charakterystyk można określić w przybliżeniu wartość wtórnego napięcia znamionowego w przypadku, gdy jest ono nieznane. Pomiar mocy czynnej, pobranej przez transformator w stanie jałowym, pozwala na ocenę wykonania rdzenia. Na podstawie pomiarów w stanie jałowym można obliczyć następujące parametry: cos ϕ₀ , I_µ , I_cz .

4. Stan zwarcia transformatora.

Stanem zwarcia nazywa się taki rodzaj pracy, w którym jedno z uzwojeń zasilane jest ze źródła energii elektrycznej, a zaciski drugiego są zwarte. Stan taki przy znamionowym napięciu zasilającym U₁ spowodowałby wzrost prądu w uzwojeniach Z₁, Z₂ i doprowadził do szybkiego ich zniszczenia. Dlatego też próby zwarcia muszą być przeprowadzane przy znacznie obniżonym napięciu zasilania, tak by w uzwojeniach Z₁ i Z₂ popłynął prąd znamionowy. Taki stan pracy nazywamy normalnym zwarciem transformatora lub zwarciem znamionowym.

Napięciem zwarcia transformatora |U_z| nazywamy takie napięcie , które należy doprowadzić do jednego z uzwojeń, przy zwarciu drugiego, aby w uzwojeniu zasilanym uzyskać prąd znamionowy. Z pomiarów w stanie zwarcia można wyznaczyć: cos ϕ_z ,R_z ,X_z ,Z_z .

5. Stan obciążenia transformatora.

Stan obciążenia transformatora występuje wówczas, gdy uzwojenie pierwotne podłączone jest do napięcia sieci zasilającej, a do uzwojenia wtórnego podłączono odbiornik. Sprawnością transformatora nazywamy stosunek mocy czynnej pobranej przez obciążenie do mocy czynnej – pobranej z sieci.

13. Wnioski z przeprowadzonych pomiarów.

W naszym ćwiczeniu badaliśmy elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe (transformator jednofazowy), sprawdzaliśmy ich parametry w dwóch przypadkach:

1. w stanie jałowym, oraz

2. przy obciążeniu

W stanie jałowym badaliśmy zależność cosø_o , I_o , P_o , I_{μ ,} I_cz od U_o. Pozwoliło to nam poznać charakterystykę biegu jałowego transformatora, dzięki której można ocenić właściwości obwodu magnetycznego. Charakterystyka ta wygląda następująco:

1. I_o , P_o , I_{μ ,} I_cz , cosø_o rosną wraz ze wzrostem U_o

Dla stanu obciążenia badaliśmy takie parametry transformatora jak cosφ₁ , P₁ , I₁ w zależności od I₂. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów widać, że

1. zarówno wartości prądu I₁ jak i mocy P₁ wyraźnie rosną wraz ze wzrostem I₂

2. zależność cosø₁ od I₂ jest wartością stałą,

3. sprawność jest zmienna w funkcji I₂

Dla stanu zwarcia należy zauważyć nieregularną charakterystykę cosø w funkcji U_z.