BADANIE TRANSFORMATORÓW
1. Badanie transformatora jednofazowego w stanie jałowym.
|
Pomiary |
Obliczenia |
||||
Lp. |
U10 |
U20 |
I0 |
P0 |
|
cos |
|
[V] |
[V] |
[A] |
[W] |
- |
- |
1 |
244 |
78 |
0,059 |
5,5 |
3,13 |
0,382 |
2 |
232 |
74 |
0,054 |
5,0 |
3,14 |
0,393 |
3 |
212 |
68 |
0,048 |
4,0 |
3,12 |
0,399 |
4 |
184 |
60 |
0,040 |
3,0 |
3,07 |
0,408 |
5 |
156 |
50 |
0,033 |
2,0 |
3,12 |
0,438 |
6 |
124 |
40 |
0,026 |
1,5 |
3,10 |
0,465 |
7 |
96 |
32 |
0,020 |
1,0 |
3,00 |
0,521 |
8 |
64 |
21 |
0,014 |
0,5 |
3,05 |
0,558 |
Przekładnie transformatora ϑ obliczyłyśmy ze wzoru:
ϑ =
Jest to stosunek napięcia górnego do napięcia dolnego i ϑ ≥ 1!
Transformator w stanie jałowym pobiera z sieci moc czynną P0 = U1o I0 cosφ0 . Z tej zależności obliczyłyśmy cosφ0:
cosφ0 =
Następnie wykreśliłyśmy charakterystykę transformatora w stanie jałowym:
Badanie transformatora w stanie jałowym przeprowadza się przy stałej częstotliwości i przy regulowanym napięciu zasilania. Z charakterystyki P0 = f(U1o) wynika, że zmniejszenie wartości napięcia zasilania poniżej wartości znamionowej jest dopuszczalne i nie przynosi transformatorowi żadnej szkody. Natomiast zasilanie transformatora napięciem o wartości większej niż znamionowa powoduje znaczny wzrost strat mocy w rdzeniu stalowym (to może stać się przyczyną nadmiernego nagrzania i uszkodzenia fransformatora). Wzrost wartości mocy P0 świadczy o pogorszeniu się stanu izolacji między poszczególnymi blachami lub nawet o zwarciu blach pakietu. Dla bardzo małych wartości napięcia, krzywa I0=f(U10) ma przebieg pierwiastkowy, co oznacza wzrost wartości cosφ0 w funkcji napięcia, następnie krzywa I0=f(U10) przebiega prostoliniowo, czemu odpowiadają małe zmiany cosφ0 i wreszcie I0=f(U10) ma przebieg zbliżony do parabolicznego, czemu odpowiadają zmiany krzywej cosφ0=f(U10) zbliżone do hiperboli. Dla niewielkiego napięcia cosφ0 osiąga maksimum. Dla znamionowego napięcia cos φ0 ≈ 0,1.
Wykreślona przez nas charakterystyka jest bliska charakterystyce teoretycznej, niedociągnięcia wynikają z małej ilości pomiarów i błędów pomiarowych.
Korzystając z powyższego wykresu przyjmujemy znamionowy prąd jałowy i znamionowe straty jałowe:
I0n = 20 [mA] = 0,02 [A] P0n = 1 [W]
Dalej obliczyłyśmy wartości parametrów gałęzi poprzecznej schamatu zastępczego:
RFe ≈ U1n2 / P0n = 962 / 1 = 9216 [Ω]
Xμ ≈ U1n / I0n = 96 / 0,02 = 4800 [Ω]
2. Badanie transformatora jednofazowego w stanie zwarcia.
|
Pomiary |
Obliczenia |
||
Lp. |
U1z |
I1z |
Pz |
cos |
|
[V] |
[A] |
[W] |
- |
1 |
120 |
0,75 |
11 |
0,14 |
2 |
105 |
0,66 |
9 |
0,13 |
3 |
100 |
0,62 |
7,5 |
0,12 |
4 |
60 |
0,47 |
4,5 |
0,13 |
5 |
20 |
0,31 |
2,5 |
0,14 |
Współczynnik mocy cosφ1z transformatora w stanie zwarcia jest zależności od napięcia w uzwojeniu pierwotnym stały:
cosφ1z =
Charakterystyka dla stanu jałowego przedstawia się następująco:
Charakterystyka I1z = f(U1z) przebiega liniowo, gdyż przy stałych rezystancjach uzwojeń prądy są proporcjonalne do napięcia. Charakterystyka Pz = f(U1z ) ma przebieg zbliżony do paraboli.
Następnie przeprowadziłyśmy obliczenia parametrów gałęzi podłużnej schematu zastępczego oraz procentowych napięć zwarcia:
Zz1 ≈
Rz1≈
Xz1 =
Δuz% =
[%]
ΔuR% =
[%]
ΔuX% =
[%]
3. Badanie transformatora jednofazowego w stanie obciążenia przy U1 = U1n = 230V.
|
Pomiary |
Obliczenia |
|||||||
Lp. |
I1 |
P1 |
U2 |
I2 |
P2 |
η |
cos |
Δu% |
|
|
[A] |
[W] |
[V] |
[A] |
[W] |
- |
- |
% |
|
1 |
0,17 |
36 |
97,75 |
0,4 |
39,1 |
1,09 |
0,92 |
0 |
|
2 |
0,19 |
40 |
87,40 |
0,5 |
43,7 |
1,09 |
0,92 |
11 |
|
3 |
0,21 |
43 |
80,50 |
0,6 |
48,3 |
1,12 |
0,90 |
18 |
|
4 |
0,23 |
48 |
75,57 |
0,7 |
52,9 |
1,10 |
0,91 |
22 |
|
5 |
0,29 |
62 |
75,30 |
0,8 |
60,2 |
0,97 |
0,93 |
23 |
|
6 |
0,39 |
86 |
74,75 |
1,2 |
89,7 |
1,04 |
0,96 |
24 |
|
7 |
0,52 |
114 |
74,75 |
1,6 |
119,6 |
1,05 |
0,95 |
24 |
|
8 |
0,65 |
142 |
74,75 |
2 |
149,5 |
1,05 |
0,95 |
24 |
U2 =
, U1=const.
Moc czynną P2, oddawaną przez uzwojenie wtórne transformatora odbiornikowi obliczyłyśmy z zależności:
P2 = U2 * I2
Następnie znając moc czynną P2 i moc czynną P1 pobieraną przez uzwojenie pierwotne transformatora w sieci można policzyć sprawność tego transformatora:
η =
Współczynnik mocy cosφ1 obliczyłyśmy ze wzoru :
cosφ1 =
W naszym przypadku U20n wynosi 97,75 [V]. Możemy więc policzyć zmienność napięcia:
Δu% =
Znając zadane wielkości wykreśliłyśmy charakterystyki obciążeniowe:
Jedną z charakterystycznych własności pracy transformatora jest zakres wahań napięcia strony wtórnej przy przejściu od stanu jałowego do obciążenia znamionowego. Wprowadzono pojęcie zmienności napięcia Δu% w transformatorze. Za względu na zmniejszanie się napięcia U2 wraz ze wzrostem obciążenia czynnego charakterystyka Δu% = f(I2) powoli wzrasta. Współczynnik mocy cosφ1 ze wzrostem obciążenia czynnego I2 rośnie. Dalsze zwiększanie prądu obciążenia I2 powoduje niewielkie zmiany współczynnika mocy cosφ1. W stanie obciążenia transformator wykazuje następującą własność : im większy prąd I2 oddaje uzwojenie wtórne odbiornikowi, tym większy prąd I1 pobiera uzwojenie pierwotne ze źródła napięcia. Zagięcie charakterystyki I1 = f(I2) tłumaczy się tym, że wraz ze wzrostem obciążenia o charakterze czynnym składowa czynna prądu pierwotnego I1 jest dużo większa od składowej biernej.
Korzystając z charakterystyk wyznaczamy wartości ηn oraz Δu%:
ηn =
= 0,97 Δu%n =
i porównujemy je z:
- obliczoną wartością ηn ze wzoru:
ηn =
- obliczoną wartością ΔuR% = 25,32[%]
Otrzymujemy:
- nieznaczną różnicę wyznaczonego ηn do obliczonego (0,97 > 0,9);
- dużą różnicę dla Δu% (Δu%n = 23% ≈ ΔuR% = 25,32%).
Strona5