Cel ćwiczenia.

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

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.

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 .

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 .

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.

Obliczenia.

Pomiar rezystancji uzwojeń transformatora:

Pomiar przekładni transformatora:

Charakterystyki stanu biegu jałowego transformatora:

Charakterystyki próby obciążenia transformatora:

Charakterystyki próby zwarcia pomiarowego transformatora:

Wykresy

Stan obciążony

Stan zwarcia

Wnioski

Charakterystyka zwarciowa przedstawiona z pomocą wykresów Pz=f(Uz) oraz Iz=f(Uz) ukazuje zależność między napięciem przekazywanym na transformator a wartością natężenia prądu oraz mocy. Obie te wartości wzrastają wraz ze wzrostem napięcia. Charakterystyka zwarciowa uzyskana za pomocą wykresu cos0z=f(Iz) ukazuje zależność natężenia od wartości cos0z, które ma niejednorodny przebieg wraz ze wzrostem wartości Iz. Cos0z obliczono za pomocą wzoru: cos0z= Pz /(Iz • Uz).

Wykres I1=f(I2) na którym przedstawiono zależność napięć I1 oraz I2 wzrasta w sposób liniowy bez większych odchyleń. Charakterystyka obciążeniowa przedstawiona na wykresie U1=f(I2) ukazuje, że wraz ze wzrostem natężenia prądu w transformatorze napięcie nie ulega zmianie. Wykres cos01=f(I2) pokazuje stosunek wartości cos01 do wartości natężenia I2, i przedstawia charakterystykę obciążeniową urządzenia, dzięki której uzyskujemy pełniejszy obraz charakterystyki całego transformatora.

Dzięki przeprowadzonym pomiarom i wykonanym wykresom otrzymujemy charakterystykę transformatora użytego do przeprowadzenia doświadczenia. Znajomość wszystkich charakterystyk transformatora jest niezbędna do prawidłowego użytkowania i montażu odpowiednich urządzeń z którymi ma współdziałać. Z racji tego, że jest to bardzo szeroko stosowane urządzenie elektryczne znajomość w/w charakterystyk i umiejętność ich obliczania jest niezbędna. Dzięki temu można podjąć odpowiednie działania prewencyjne mające na celu zmniejszenie ryzyka powstania pożaru w wyniku uszkodzenia lub nieprawidłowego użytkowania urządzenia.

Wszelkie możliwe błędy mogą wynikać z braku możliwości dokładniejszego odczytu ze skali (zbyt duża podziałka).

W sprawozdaniu punkt 3 „Pomiary w stanie jałowym transformatora”nie został wypełniony z polecenia prowadzącego ćwiczenie.

---