Dane znamionowe i opis badanego transformatora
Transformator jest to urządzenie służące do przetwarzania energii prądu przemiennego o danym na pięciu na energię prądu przemiennego o innym napięciu. Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami), nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego. Ze względu na sposób zasilania transformatory dzielimy na:
- jednofazowe,
- trójfazowe,
-wielofazowe.
Zbadany został transformator trójfazowy o następujących danych znamionowych:
Moc SN=7,5kVA
Napięcie UN1=380V
UN2=240V
Natężenie prądu IN1=11,4
IN2=18,1A
STAN JAŁOWY
UKŁAD POŁĄCZEŃ DO POMIARÓW
Wyniki:
|
U2 [V] | I [A] | P [W] | S [VA] | cosφ0 | |
---|---|---|---|---|---|---|
290 | 167,9 | 1,866 | 176 | 910 | 0,189 | |
260 | 150,4 | 1,259 | 134 | 546 | 0,236 | |
240 | 138,5 | 0,984 | 112 | 385 | 0,276 | |
200 | 116,2 | 0,616 | 80 | 197 | 0,37 | |
170 | 97,9 | 0,438 | 58 | 113 | 0,45 | |
140 | 80,6 | 0,333 | 41 | 68 | 0,515 | |
110 | 63,1 | 0,256 | 27 | 39 | 0,558 | |
80 | 46,2 | 0,198 | 16 | 22 | 0,577 |
Charakterystyki stanu jałowego transformatora:
Obliczenia (stan jałowy):
Następujące obliczenia zostały przeprowadzone dla pomiarów zaznaczonych na szaro w Tabeli 1
(zasilana strona niskiego napięcia):
Przekładnią transformatora będzie stosunek napięcia strony pierwotnej do napięcia strony wtórnej:
$$K = \frac{U_{1}}{U_{2}} = 1,73$$
K2 = 2, 99
$U_{0f} = \frac{U_{N2}}{\sqrt{3}} = 138,728\ V\ $
$$R_{\text{Fe}}^{'} = 3\frac{{U_{0f}}^{2}}{P_{}} = 430,87\ \Omega$$
RFe = RFe′ • K2 = 1288, 30 Ω
$$I_{\text{Fe}}^{'} = \frac{U_{0f}}{R_{\text{Fe}}} = 0,107\ A$$
$$I_{\mu}^{'} = \sqrt{{I_{0}}^{2} - {I_{\text{Fe}}^{'}}^{2}} = 1,2544\ A$$
$$X_{\mu}^{'} = \frac{U_{0f}}{I_{\mu}^{'}} = 110,593\ \Omega$$
Xμ = Xμ′ • K2 = 330, 673 Ω
STAN ZWARCIA
UKŁAD POŁĄCZEŃ DO POMIARÓW
Wyniki:
U [V] | Cu | Uk [V] | I [A] | Ci | Ik [A] | P [W] | Cp | Pk [W] | S[VA] | Cs | Sk [VA] | cosφk |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
40,6 | 0,2 | 8,12 | 2,8 | 4 | 11,2 | 295 | 0,8 | 236 | 347 | 0,8 | 277,6 | 0,865 |
38,8 | 0,2 | 7,76 | 2,65 | 4 | 10,6 | 268 | 0,8 | 214,4 | 275 | 0,8 | 228 | 0,865 |
32,6 | 0,2 | 6,52 | 2,25 | 4 | 9 | 190 | 0,8 | 152 | 231 | 0,8 | 176 | 0,865 |
27,8 | 0,2 | 5,56 | 1,91 | 4 | 7,64 | 138 | 0,8 | 110,4 | 177 | 0,8 | 131,6 | 0,864 |
22,5 | 0,2 | 4,5 | 1,55 | 4 | 6,2 | 91 | 0,8 | 72,8 | 115 | 0,8 | 90,4 | 0,864 |
17,6 | 0,2 | 3,52 | 1,21 | 4 | 4,84 | 55 | 0,8 | 44 | 65 | 0,8 | 51 | 0,999 |
13,7 | 0,2 | 2,74 | 0,95 | 4 | 3,8 | 33 | 0,8 | 26,4 | 36 | 0,8 | 28 | 0,999 |
8,7 | 0,2 | 1,74 | 0,6 | 4 | 2,4 | 14 | 0,8 | 11,2 | 16 | 0,8 | 12,2 | 0,999 |
Charakterystyki zwarcia pomiarowego transformatora:
Obliczenia (stan zwarcia):
Następujące obliczenia zostały przeprowadzone dla pomiarów zaznaczonych na szaro w Tabeli 2 (zasilana strona górnego napięcia):
$$R_{1^{'} + 2^{'}} = \frac{P_{K}}{3 \bullet I_{K}^{2} \bullet \cos_{K}} = 0,725\ \Omega$$
$${R'}_{1} = {R'}_{2} = \frac{R_{1^{'} + 2^{'}}}{2} = 0,3625\ \Omega$$
R1 = R2 = R′1 • K2 = 1, 083 Ω
$Q = \sqrt{S^{2} - P^{2}} = 146,17$ var
$${X'}_{s} = \frac{Q}{I_{K}^{2}} = 1,165\ \Omega$$
Xs = X′s • K2 = 3, 484 Ω
$$X_{s1} = X_{s2} = \frac{X_{s}}{2} = 1,742\ \Omega$$
Sprawność transformatora
Określenie sprawności transformatora metodą strat poszczególnych wyraża się według następującego wzoru (odbiornik ma charakter rezystancyjny):
gdzie ΣΔP - suma strat mocy czynnej w transformatorze, P - wydzielona moc czynna.
Suma strat mocy czynnej w transformatorze to suma strat w rdzeniu (w żelazie) i na uzwojeniach (w miedzi). Straty w miedzi przyjęto równe 0 (nie ma danych na temat znamionowych strat w stanie nagrzanym transformatora; gdyby takie dane posiadano, można wyznaczyć straty w miedzi ze wzoru: , przy czym α – stosunek obciążenia faktycznego do znamionowego, ΔPCuN – wzmiankowane wyżej znamionowe straty w miedzi).
Straty mocy w żelazie można określić na podstawie analizy stanu jałowego:
Wydzieloną moc czynną określa wzór:
Współczynnik , współczynnik mocy odbioru, dla warunków znamionowych przyjmuje się 1.
Sprawność po takich uproszczeniach wygląda następująco:
5)Wnioski
W ćwiczeniu został zbadany transformator trójfazowy. W tym celu przeprowadziliśmy pomiary w stanie jałowym oraz w stanie zwarcia. Dzięki czemu możliwe było wyznaczenie parametrów schematu zastępczego badanego transformatora, oraz wyznaczenie charakterystyk w stanie jałowym oraz w stanie zwarcia. Została też wyznaczona sprawność transformatora dla warunków znamionowych metodą strat poszczególnych.
Ponieważ w stanie jałowym prąd I0 jest dużo mniejszy od IN oraz rezystancja R1 uzwojenia pierwotnego jest stosunkowo mała, to moc (rowna R1•I02) jest niewielka i może być pominięta. Można przyjąć, że moc P0 transformatora równa jest mocy w rdzeniu ∆PFe.
Napięcie zwarcia transformatora wynosi (4÷12)% UN . Przy tak małym napięciu straty w rdzeniu mogą być pominięte, ponieważ są one proporcjonalne do kwadratu napięcia. Moc transformatora w stanie zwarcia pokrywa więc straty w miedzi. Wyznaczona sprawność metodą pośrednią wynosi 0,99%. Jest to metoda bardziej dokładna niż pomiar sprawności za pomocą bezpośredniego pomiaru mocy oddanej i pobranej, tak więc zbadany transformator ma dość dużą sprawność.