I. Część teoretyczna.

1.Budowa i zasada działania transformatora.

Transformator jest statycznym urządzeniem elektrycznym, działającym na zasadzie indukcji elektromagnetycznej wzajemnej. Zadaniem transformatora jest podwyższenie lub obniżenie napięcia, co jest związane z odpowiednim zmniejszeniem prądu przy zachowaniu stałej częstotliwości.

Budowa transformatora:

a) schemat b) rdzeń

Dwa uzwojenia- uzwojenie górnego napięcia i uzwojenie dolnego napięcia są nawinięte
na rdzeniu wykonanym z cienkich blach stalowych, wzajemnie odizolowanych w celu zmniejszenia strat od prądów wirowych i na histerezę magnetyczną. Rdzeń stanowi zamknięty obwód magnetyczny. Uzwojenia są wykonane z izolowanego przewodu miedzianego, niekiedy aluminiowego. Uzwojenie, do którego doprowadzamy energię nazywa się pierwotnym, a uzwojenie, z którego energia jest pobierana - wtórnym.

2. Układy połączeń uzwojeń transformatora trójfazowego.

Rdzeń transformatora trójfazowego składa się z trzech kolumn. Na każdej z nich są nawinięte po dwa uzwojenia, z których jedno jest uzwojeniem pierwotnym, a drugie wtórnym. Sposoby łączenia uzwojeń są oznaczone literami, duże litery dotyczą uzwojeń górnego napięcia,
a małe- dolnego. Uzwojenia górnego napięcia łączy się w gwiazdę (Y) lub w trójkąt (D), uzwojenia dolnego napięcia łączy się w gwiazdę (y), trójkąt (d) lub w zygzak (z).

3. Stany pracy transformatora, jakie są straty transformatora.

Rozróżniamy stany transformatora:

• Stan jałowy transformatora

• Stan obciążenia transformatora

• Stan zwarcia transformatora

Stan jałowy transformatora.

Występuje stan jałowy, gdy uzwojenie pierwotne jest przyłączone do źródła prądu przemiennego o napięciu U₁ i częstotliwości f a uzwojenie wtórne jest otwarte i prąd wtórny nie płynie I₂=0 natomiast I₁=I₀. Prąd jałowy transformatora jest niewielki w granicach od 5 do 10%I_n. Dzięki temu można pominąć spodki napięcia wywołane rezystencją uzwojeń i można przyjąć, że napięcie U₁=SEM.

Moc pobierana przez transformator w takim stanie jest zużywana wyłącznie na pokrycie strat w żelazie ΔP_Fe.

Stan obciążenia transformatora:

Stan obciążenia transformatora jest wówczas, gdy do zacisków wtórnych zostanie przyłączony odbiornik energii elektrycznej wobec tego w uzwojeniu pierwotnym popłynie w granicach od 0 do I_n, a w uzwojeniu wtórnym I₂.

Stratę napięcia w transformatorze nazywamy różnicą geometryczną napięć U₂₀ i U₂.

Straty mocy w transformatorze dzielimy na:

• Straty jałowe występują w rdzeniu ΔP_Fe,

• Straty obciążeniowe ΔP_Cu występujące w rezystancjach uzwojeń przy obciążeniu.

II. Część eksperymentalna.

Zadanie 1.- Pomiar przekładni i wyznaczenie charakterystyk stanu jałowego.

W układzie pomiarowym jak na rysunku wyznaczyć charakterystyki prądu I_o, mocy P_o
i napięcia wtórnego U₂ w funkcji zmian napięcia zasilającego U₁ w granicach
od 0,3 + 1,2 U_n. Sporządzić wykresy zależności σ, Io, Po, cosφ_o=f/U₁/. Obliczyć wartości przekładni σ, współczynnika mocy cosφ_o oraz wyznaczyć wielkości:

Schemat układu do pomiaru transformatora w stanie jałowym:

Lp.	U1	Io	Po	U2	v	cosφo	Wyniki obliczeń
1	220	0,105	9	25,4	8,6	0,39	cosφ=0,39
2	205	0,08	8	24	8,5	0,49
3	190	0,065	7	22,4	8,5	0,56
4	180	0,06	6	20,8	8,6	0,55
5	160	0,05	5	18,8	8,5	0,63
6	145	0,04	4	16,8	8,6	0,69
7	125	0,035	3	14,4	8,7	0,68
8	100	0,03	2	11,3	8,6	0,66
9	75	0,025	1	8,8	8,5	0,53
10	15	0,00	0	3,2	4,7	0

Wzory:

Gdzie: P - moc czynna

U - napięcie

I - prąd

Przykładowe obliczenia v:

1.

2.

Przykładowe obliczenia cosφ:

1.

2.

Przykładowe obliczenia
i
:

Zadanie 2.- Wyznaczanie charakterystyk zwarcia.

W układzie jak na rysunku wyznaczyć charakterystyki I_1z, I_2z, P_z w funkcji zmian napięcia zasilającego U₁ od zera do takiej wartości, przy której prąd pobierany osiągnie 1,3 I_n. Sporządzić wykresy zależności U₁, P_z, cosφ_z=f/I_z/. Obliczyć wartości cosφ_z oraz wyznaczyć wartości: - impedancji zwarcia

- rezystancji zwarcia

- reaktancji zwarcia

- napięcia zwarcia

- strat w miedzi

Schemat układu do wyznaczania charakterystyk zwarcia transformatora:

Lp.	U1	I1z	Pz	I2z	cosφz	Wyniki obliczeń
1	44	0,73	12	6	0,37	Zz=60,3Ω Rz=22,5 Ω Xz=55,9 Ω Uz=44V Uz%=
2	43	0,70	11	5,8	0,37
3	40	0,66	10	5,6	0,38
4	38	0,62	9	5,2	0,38
5	36	0,60	8	5	0,37
6	34	0,55	7	4,6	0,37
7	31	0,51	6	4,2	0,38
8	29	0,47	5	3,8	0,37
9	26	0,41	4	3,4	0,37
10	22	0,36	3	3	0,38

Wzory:

Gdzie: P - moc czynna

U - napięcie

I - prąd

R_z - rezystencja zwarcia

X_z - reaktancja zwarcia

U_z - napięcie zwarcia

Z_z - impedancja zwarcia

Przykładowe obliczenia cosφ:

1.

2.

Przykładowe obliczenia Z_z, R_z, _Xz, U_z i U_z%:

---