LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI |
Politechnika Radomska Wydział Transportu |
|---|---|
Temat ćwiczenia: Badanie transformatora jednofazowego |
Ćwiczenie nr: 1 |
Zespół nr: 1 Grupa: 3 Dnia:10-03-2012 Rok akad.:2011/2012 |
Skład zespołu: 1. Minda Wojciech 2. Szuchnik Michał 3. Trzeszczyński Krzysztof 4. Wrochna Cezary |
Część praktyczna
Wykonanie pomiarów
2 .1 Stan jałowy transformatora
W układzie przedstawionym na rys. 6.a zmieniając napięcie U10 w granicach od 0 do 1,2 Un (Un – napięcie znamionowe), odczytać wskazania mierników. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli 1
| Lp. | U10 | I10 | P10 | U2 | cosφ | φ | Xμ | RFe | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [V] | [mA] | [W] | [V] | – | ˚ | – | [Ω] | [Ω] | |
| 1 | 121 | 53,5 | 3 | 13,81 | 0,46 | 62,61 | 8,76 | 2547,2 | 4916,7 |
| 2 | 140 | 64,5 | 4 | 16 | 0,44 | 63,89 | 8,75 | 2417,2 | 4933,0 |
| 3 | 156 | 74,5 | 4,5 | 17,7 | 0,39 | 67,04 | 8,81 | 2274,1 | 5369,1 |
| 4 | 180 | 100 | 6 | 20 | 0,33 | 70,73 | 9 | 1906,8 | 5454,5 |
| 5 | 196 | 120 | 7 | 22,4 | 0,29 | 73,12 | 8,75 | 1706,9 | 5632,2 |
| 6 | 200 | 130 | 7,5 | 23 | 0,28 | 73,74 | 8,69 | 1602,6 | 5494,5 |
| 7 | 212 | 150 | 8,5 | 24,2 | 0,26 | 74,9 | 8,76 | 1463,9 | 5435,9 |
Pomijając spadki napięcia na rezystancji reaktancji uzwojenia pierwotnego obliczyć wartości RFe oraz Xμ schematu zastępczego transformatora:
$$P = U \bullet I \bullet cos\varphi \rightarrow cos\varphi = \frac{P}{U \bullet I}$$
Wzory i przykładowe obliczenia:
$$cos\varphi = \frac{P_{1O}}{U_{1O} \bullet I_{1O}} = \frac{3}{121 \bullet 0,0535} = 0,46$$
$$cos\varphi = \frac{P_{1O}}{U_{1O} \bullet I_{1O}} = \frac{4}{140 \bullet 0,0645} = 0,44$$
$$X_{\mu} = \frac{\left| U_{1O} \right|}{\left| I_{1O} \right| \bullet sin\varphi} = \frac{\left| 121 \right|}{\left| 0,0535 \right| \bullet sin62,61} = 2547,2$$
$$X_{\mu} = \frac{\left| U_{1O} \right|}{\left| I_{1O} \right| \bullet sin\varphi} = \frac{\left| 140 \right|}{\left| 0,0645 \right| \bullet sin63,89} = 2417,2$$
$$R_{\text{Fe}} = \frac{\left| U_{1O} \right|}{\left| I_{1O} \right| \bullet cos\varphi} = \frac{\left| 121 \right|}{\left| 0,0535 \right| \bullet 0,46} = 4916,7$$
$$R_{\text{Fe}} = \frac{\left| U_{1O} \right|}{\left| I_{1O} \right| \bullet cos\varphi} = \frac{\left| 140 \right|}{\left| 0,0645 \right| \bullet 0,44} = 4933,0$$
Na podstawie wyników pomiarów dla biegu jałowego transformatora wykreślić na wspólnym wykresie charakterystyki:
; ;
$$\vartheta = \frac{U_{1O}}{U_{2O}} = \frac{121}{13,81} = 8,76$$
2.Stan zwarcia transformatora
Przy badaniu stanu zwarcia transformatora należy tak ustawić napięcie wejściowe U1 (ułamek napięcia znamionowego), by prąd wyjściowy I2 nie przekraczał prądu znamionowego uzwojenia wtórnego I2N.
Schemat ideowy obwodu do badania transformatora w stanie zwarcia
W układzie przedstawionym na rysunku zmieniając napięcie zasilające od zera do wartości U1Z , dla którego wartość prądu I2 = I2N , odczytać wskazania mierników Wyniki pomiarów zapisać w tabeli
| Lp. | I2 | I1z | U1z | P1z | cosφ | φ | Rz | Xz | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [A] | [A] | [V] | [W] | - | ˚ | [Ω] | [Ω] | [Ω] | [Ω] | [Ω] | [Ω] | |
| 1 | 1,2 | 0,27 | 16 | 3,5 | 0,81 | 35,9 | 48 | 34,7 | 24 | 0,31 | 17,35 | 0,22 |
| 2 | 1,8 | 0,41 | 23 | 7,5 | 0,79 | 37,8 | 44,3 | 34,4 | 22,15 | 0,29 | 17,2 | 0,22 |
| 3 | 2,15 | 0,5 | 28 | 11,5 | 0,82 | 34,9 | 45,9 | 32,0 | 22,95 | 0,30 | 16 | 0,21 |
| 4 | 2,4 | 0,55 | 30 | 14 | 0,85 | 31,8 | 46,4 | 28,7 | 23,2 | 0,30 | 14,35 | 0,19 |
Korzystając z wyników pomiarów dla stanu zwarcia transformatora, określić napięcie zwarcia oraz parametry R1, X1, R2, X2, schematu zastępczego transformatora:
Wzory i przykładowe obliczenia:
$$cos\varphi = \frac{P_{1z}}{\left| U_{1z} \right|\left| I_{1z} \right|} = \frac{3,5}{16 \bullet 0,27} = 0,81$$
2.3. Stan obciążenia transformatora
Schemat ideowy do badania transformatora w stanie obciążenia.
W układzie przedstawionym na rysunku utrzymując napięcie pierwotne U1 =U1n=const, zmieniać rezystancję obciążenia R2 w taki sposób, aby prąd I2 zmieniał się w granicach od 0 < I2 < I2n Wyniki pomiarów zapisać w tabeli.
| Lp. | U1 | I1 | P1 | I2 | U2 | P2 | cosφ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [V] | [A] | [W] | [A] | [V] | [W] | – | – | |
| 1 | 220 | 0,26 | 46 | 1,4 | 24,1 | 35 | 0,76 | 0,80 |
| 2 | 220 | 0,33 | 63 | 2,0 | 24,1 | 50 | 0,79 | 0,87 |
| 3 | 220 | 0,38 | 74 | 2,5 | 24,0 | 60 | 0,81 | 0,89 |
| 4 | 220 | 0,43 | 86 | 3,0 | 23,5 | 70 | 0,81 | 0,90 |
| 5 | 220 | 0,54 | 112 | 3,5 | 23,0 | 90 | 0,80 | 0,94 |
| 6 | 220 | 0,59 | 124 | 4,5 | 22,9 | 100 | 0,78 | 0,96 |
| 7 | 220 | 0,64 | 134 | 5 | 22,3 | 110 | 0,76 | 0,95 |
Wzory i przykładowe obliczenia
Na podstawie wyników pomiarów, otrzymanych przy badaniu transformatora w stanie obciążenia, obliczyć sprawność η oraz cos φ. Wykonać we wspólnym układzie współrzędnych charakterystyki obciążenia transformatora.
; ; ;
Ten sam wykres w skali logarytmicznej osi pionowej:
Narysować wykresy wektorowe transformatora dla stanu jałowego, zwarcia i obciążenia . Narysować schemat zastępczy badanego transformatora oraz zanotować jego dane znamionowe.
R1=23,0[Ω] ; X1=16,2[Ω] ;
R2’=23,0[Ω] ; X2’=16,2[Ω] ;
R2=0,30[Ω] ; X2=0,21[Ω] ;
RFE=5435,9[Ω] ; Xµ=1463,9[Ω] ;
n =8,76
Dane znamionowe:
U1N=220V
U2N=24V
S=150VA
I2N=6,25A
4.Wnioski:
Ćwiczenie polegało na badaniu transformatora 1-fazowego, badaliśmy trzy stany pracy tego transformatora.
Pierwszym stanem był stan jałowy, czyli stan w którym do zacisków strony wtórnej transformatora nie ma podłączonego żadnego odbiornika. W tej części ćwiczenia wykreślaliśmy charakterystyki: I0=f(U10), P0=f(U10), U10=f(U2); oraz wyznaczaliśmy RFE , Xµ i przekładnie transformatora n. Parametry te przyjmowały różne wartości dla różnych napięć zasilania, przyjęliśmy je przy napięciu zbliżonym do napięcia znamionowego U10=220 V.
Stan jałowy jest bardzo niekorzystnym przypadkiem pracy transformatora i należy dążyć do jak najpełniejszego wykorzystania jego mocy w celu minimalizacji strat przesyłowych. Właściwością odbiorników indukcyjnych, takich jak transformatory, silniki itp., pracujących w stanie jałowym: duży pobór mocy biernej ze źródła w porównaniu z mocą czynną traconą w uzwojeniu pierwotnym oraz w żelazie.
Drugim stanem pracy transformatora był stan zwarcia, w tym stanie do strony wtórnej transformatora jest podłączony amperomierz, służący do pomiaru prądu zwarciowego po stronie wtórnej. W tej części ćwiczenia wykreślaliśmy charakterystyki: I1z=f(I2), P1=f(I2), U1z=f(I2). W stanie zwarcia transformatora wyznaczyliśmy parametry jego uzwojeń, ponieważ straty w żelazie oraz straty histerezowe są pomijalnie małe.
Trzecim stanem pracy transformatora było stan obciążenia. I w tej części ćwiczenia na podstawie pomiarów obliczaliśmy sprawność transformatora η oraz wykonaliśmy charakterystyki obciążenia transformatora U2=f(I2), I1=f(I2), η=f(I2), cosφ=f(I2). Zaobserwowaliśmy tu wzrost współczynnika mocy cosϕ oraz sprawności η wraz ze wzrostem prądu obciążenia