Pracownia urządzeń mechatronicznych
Data:
Klasa:
Uczestnicy:

Spis przyrządów:

-Multimetr cyfrowy 1szt.

-Amperomierz IN=(3-6)A 2szt.

-Amperomierz IN=0,3A 1szt.

-Watomierz IN (0,5-1)A 1szt.

-Watomierz IN=(2,5-5)A 1szt.

-Watomierz IN=(1-2)A 1szt.

-Mostek Wheatstone’a 1szt.

-Opornica wodna 1szt.

-Autotransformator 1szt.

-Transformator jednofazowy 1szt.

1.Pomiar rezystancji uzwojeń transformatora:

LP	RG	RD	RGśr.	RDśr.
	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]
1	1,86	0,61	1,828	0,612
2	1,84	0,61
3	1,84	0,62
4	1,80	0,62
5	1,80	0,60

Przykładowe obliczenia:

RGśr.=(RG1+RG2+…+RG5)/5=(1,86+1,84+1,84+1,80+1,80)/5=1,828Ω

RDśr.=(RD1+RD2+…+RD5)/5=(0,61+0,61+0,62+0,62+0,60)/5=0,612Ω

Wnioski:

Pomiar rezystancji uzwojeń polegał na przyłączeniu zacisków wejść i wyjść każdego z uzwojeń do przyrządu pomiarowego jakim był mostek Wheatstone`a. Jest to bardzo czułe urządzenie służące do pomiaru tylko rezystancji. Mostek ten jest dużo dokładniejszy niż tradycyjne multimetry cyfrowe. Wiążą się z tym też jednak pewne wady - przyrząd reaguje na bardzo niewielkie zmiany w układzie, choćby takie jak mocniejsze dokręcenie zacisków. Powoduje to zmiany w pomiarach. 
Rezystancja uzwojenia wtórnego jest mniejsza niż rezystancja uzwojenia pierwotnego, dlatego że im większy przekrój poprzeczny przewodu tym mniejsza oporność, a przewód po stronie wtórnej transformatora jest grubszy.

2.Wyznaczanie przekładni transformatora (w stanie jałowym):

Schemat:

LP	U10	U20	V	V śr
	[V]	[V]	[V/V]	[V/V]
1	50	23	2,17	2,15
2	100	47	2,13
3	150	70	2,14
4	200	93	2,15
5	230	102	2,16

Przykładowe obliczenia:

V =U10/U20=50/23=2,17V

Vśr=(ϑ1+…+ϑ5)/5=(2,17+2,13+2,14+2,15+2,16)5=2,15V

Wnioski:

Przekładnia transformatora wyznaczana jest zawsze w stanie jałowym, czyli uzwojenie wtórne jest rozwarte. Przekładnia jest to stosunek napięcia na uzwojeniu pierwotnym do napięcia na uzwojeniu wtórnym. Jeżeli przekładnia wynosi poniżej 1 V/V to transformator podnosi napięcie. Jeżeli wynosi dokładnie 1 to napięcie nie ulega zmianie, a transformator służy za galwaniczną separacje układu. Jeżeli przekładnia wynosi powyżej 1 V/V to transformator napięcie obniża. Z naszych wyliczeń wynika, iż nasza przekładnia wynosi około 2,15 V/V. Transformator więc redukuje napięcie nieco ponad dwukrotnie. 
  

3.Badanie stanu jałowego transformatora (str. Pierwotna zasilana, wtórna rozwarta):

Schemat:

LP	U10	U20	I10	Po=Pfe	Cosφ	Q
	[V]	[V]	[mA]	[W]		[VAR]
1	40	19	25	0,5	0,0005	1000
2	60	28	30	1	0,00056	1800
3	80	38	40	1,5	0,0004687	3200
4	100	46	50	2	0,0004	5000
5	120	56	55	3	0,00046	6720
6	140	65	60	4	0,0047619	8400
7	160	75	85	5	0,003676	13600
8	180	84	100	7	0,0003888	18000
9	200	93	125	8	0,00032	25000
10	230	102	150	10	0,000289	33000

Przykładowe obliczenia:

Cosφ=Po/I10*U10=0,5(25*40)=0,0005

$$Q = \sqrt{\left( U10*I10 \right)^{2}{- Po}^{2}}$$

Wnioski:

Podczas badania stanu jałowego transformatora strona pierwotna jest zasilona, a strona wtórna rozwarta. Podczas pracy transformator pobiera moc czynną w celu pokrycia strat mocy w uzwojeniu i rdzeniu transformatora i jest odczytywana z watomierza. Straty te są stratami histerezowymi związanymi z przemagnesowaniem rdzenia i zależne są od częstotliwości prądu i napięć. Z założeń teoretycznych wynika, że prąd biegu jałowego to około 10% prądu znamionowego, znalazło to potwierdzenie w praktyce. 
Z naszych obserwacji oraz teorii wynika, że mały cosφ pobiera dużo mocy biernej.

4.Badanie stanu zwarcia transformatora:

Schemat

LP.	U1z	I1z	I2z	Pz	cosφ	Z1z	R1z
	[V]	[A]	[A]	[W]		[Ω]	[Ω]
1	4,9	0,235	0,5	1,25	1,09	20,85	22,63
2	9,5	0,47	1	2,5	0,56	20,2	11,32
3	14,1	0,711	1,5	3	0,3	20,1	6,12
4	18,3	0,92	2	5	0,297	19,9	5,9
5	23,2	1,15	2,5	7,5	0,28	20,2	5,68
6	27,3	1,35	3	10	0,27	20,22	5,49
7	32,5	1,62	3,5	13,75	0,26	20,06	5,24
8	37,2	1,85	4	17,5	0,25	20,1	5,11
9	41,9	2,1	4,5	22,5	0,26	19,96	5,102
10	46,6	2,32	5	27,5	0,25	20,1	5,11

Przykładowe obliczenia:

Cosϕ=Pz/U1z*I1z=1,25/(4,9*0,235)=1,09

Z1z=U1z/U2z=4,9/0,235=20,85 [Ω]

R1z=Pz/I1z=1,25/I1z²=1,25/0,235=22,63

Wnioski:

Podczas stanu zwarcia transformator jest zasilany obniżonym napięciem. Jest to tzw. stan zwarcia pomiarowego, który jest bezpieczny dla uzwojeń urządzenia. Podczas badania można określić straty w miedzi, które są równe mocy pobieranej przez transformator. Podczas badania przekroczenie prądów znamionowych jest niedopuszczalne, ponieważ może to spowodować uszkodzenia urządzenia. Prądy te są określone przez producenta. 
  

5.Badania stanu obciążenia transformatora:

Schemat:

LP	U1	I1	P1	U2	I2	P2	η
	[V]	[A]	[W]	[V]	[A]	[W]	%
1	220	0,15	10	102	0	0	0
2	220	0,6	120	101	1	105	87,5
3	220	0,76	160	100	1,5	145	90,625
4	220	1,	215	100	2	195	90,697
5	220	1,25	265	99	2,5	245	92,452
6	220	1,45	310	99	3	290	93,548
7	220	1,75	360	98	3,5	340	94,4
8	220	1,95	415	97	4	385	92,771
9	220	2,2	465	96	4,5	430	92,473
10	220	2,45	520	96	5	475	91,3

Przykładowe obliczenia:

η=(P2/P1)*100=(105/120)*100=87,5%

Wnioski:

Podczas stanu obciążenia transformatora mierzymy moc na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym. Z otrzymanych danych wyliczamy sprawność urządzenia, która równa jest stosunkowi mocy oddanej przez urządzenie do mocy dostarczonej do niego dostarczonej. Jako, że transformator nie posiada elementów wirujących to jego sprawność jest dosyć wysoka - od około 80% dla urządzeń małych mocy do około 99% dla urządzeń o wysokiej mocy. Sprawność naszego urządzenia, która wynosi około 92% może sugerować iż na 100W dostarczonej energii 7W jest wydzielane w postaci ciepła. Pomiary dokonywane z częstotliwością co 0,5A wartości prądu odczytywane po stronie wtórnej.