1. Wstęp teoretyczny

Transformator jest urządzeniem, w którym następuje przekazywanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego.

Transformator składa się z zamkniętego rdzenia wykonanego z blach stalowych oraz dwóch uzwojeń nawiniętych na rdzeniu (rys. 1).

Uzwojenia są odizolowane od siebie oraz od stalowego rdzenia. Uzwojenie, do którego zazwyczaj jest dołączone źródło energii elektrycznej nazywa się uzwojeniem pierwotnym, a uzwojenie, do którego dołączony jest odbiornik - uzwojeniem wtórnym. Wielkości prądu, napięcia, mocy itp. odnoszące się do uzwojenia pierwotnego to wielkości pierwotne, zaś odnoszące się do uzwojenia wtórnego - wielkości wtórne.

Własności transformatora charakteryzuje się dla trzech stanów pracy:

• jałowego - uzwojenie pierwotne zasilane, uzwojenie wtórne otwarte: ,  ( - znamionowa wartość skuteczna prądu pierwotnego),

• zwarcia - uzwojenie pierwotne zasilane, wtórne zwarte: ,  ( - znamionowa wartość skuteczna napięcia pierwotnego),

• obciążenia - uzwojenie pierwotne zasilane, wtórne obciążone odbiornikiem.

2. Tabele pomiarowe, wykresy i obliczenia.

a) stan jałowy transformatora

|U10|	|U11|	|I0|	P0	cosφ0	|S|	ϑ
V	V	mA	W	-	VA	-
7	1,4	13,76	0,05	0,52	0,10	5
15	3,4	27	0,325	0,8	0,41	4,41
23	5,2	38,9	0,775	0,87	0,89	4,42
27	6,2	45,7	1,1	0,89	1,23	4,35
33	7,4	54,7	1,55	0,86	1,81	4,46
38	8,6	62,3	2	0,84	2,37	4,42
43	9,8	70,5	2,625	0,87	3,03	4,39
50	11,4	82,8	3,5	0,85	4,14	4,39

Przykładowe obliczenia cosφ₀ :

$$\cos{\varphi_{0} = \frac{P_{0}}{\left| U_{10} \right|*\left| I_{0} \right|}}$$

$$\cos{\varphi_{0} = \frac{0,05}{7*13,76} = 0,52}$$

Przykładowe obliczenia mocy pozornej:

|S| = |U₁₀| * |I₀|

|S| = 7 * 13, 76 * 10⁻³ = 0, 10 VA

Przykładowe obliczenia przekładni transformatora ϑ:

$$\vartheta = \frac{\left| U_{10} \right|}{\left| U_{11} \right|}$$

$$\vartheta = \frac{7}{1,4} = 5$$

Wykres zależności |I₀| = f(|U₁₀|)

Wykres zależności P₀ = f(|U₁₀|)

b) stan zwarcia transformatora

|I1z|	|I2z|	|U1z|	Pz	cosφz
A	A	V	W	-
1,23	5	13,6	15,75	0,94
1,07	4,5	11,6	11,87	0,96
0,95	4	10,4	9,25	0,94
0,83	3,5	8,8	7,25	0,99
0,71	3	7,6	5,25	0,97
0,6	2,5	6,4	3,75	0,98
0,48	2	5,2	2,5	1
0,35	1,5	4	1,25	0,89

Przykładowe obliczenia cosφ_z :

$$\cos\varphi_{z} = \frac{P_{z}}{\left| U_{1z} \right|*\left| I_{1z} \right|}$$

$$\cos\varphi_{z} = \frac{15,75}{13,6*1,23} = 0,94$$

Wykres zależności |I_1z| = f(|U_1z|)

Wykres zależności P_z = f(|U_1z|)

c) stan obciążenia transformatora

|U1|	|I1|	P1	|U2|	|I2|	P2	η
V	A	W	V	A	W	-
50	0,15	7,25	11,6	0,5	5,8	0,8
50	0,21	11	11,2	0,8	8,96	0,81
50	0,25	12,75	11,2	1	11,2	0,88
50	0,3	15,13	11,2	1,2	13,44	0,89
50	0,31	16,25	10,8	1,3	14,04	0,86
50	0,36	18,75	10,8	1,5	16,2	0,86
50	0,47	24	10,4	2	20,8	0,87
50	0,57	29,25	10	2,5	25	0,85

Przykładowe obliczenia P₂ :

P₂ = |U₂| * |I₂| * cosφ₂

gdzie:

cosφ₂ = 1

P₂ = 11, 6 * 0, 5 * 1 = 5, 8 W

Przykładowe obliczenia sprawności η :

$$\eta = \frac{P_{2}}{P_{1}}$$

$$\eta = \frac{5,8}{7,25} = 0,8$$

Wykres zależności P₂ = f(|I₂|)

Wykres zależności |U₂| = f(|I₂|)

Wykres zależności η = f(|I₂|)

3. Wnioski

W tym ćwiczeniu poznaliśmy budowę i zasadę działania transformatora w 3 stanach: w stanie jałowym, zwarcia i obciążenia. Dla stanu jałowego policzyliśmy przekładnię zwojową, która wyniosła 5. Charakterystyki transformatora w stanie jałowym są niemalże liniowe, są one ponadto podobne do charakterystyk wzorcowych transformatora w stanie jałowym. Charakterystyki transformatora w stanie zwarcia również są niemal liniowe i odpowiadają charakterystykom wzorcowym. Charakterystyka przedstawiająca zależność mocy od prądu dla stanu obciążenia jest liniowa i rosnąca. przy charakterystyce zależności napięcia od prądu dla stanu obciążenia możemy zauważyć nieliniowość zmiany napięcia i prądu, które mogły wynikać z błędów pomiarowych. Charakterystyka sprawności transformatora kształtem odpowiada charakterystyce wzorcowej. Sprawność transformatora wyniosła 0,8, co stanowi o tym, że transformator ma dobrą sprawność.