Sprawozdanie 4 - Badanie transformatora jednofazowego, Elektronika, Sprawozdania

ZESPÓL SZKÓŁ ELEKTRONICZNYCH

PRACOWNIA ELEKTRYCZNA

Imię i nazwisko:

Klasa:

2T3

Grupa:

Nr ćw.

Temat ćwiczenia:

Badanie transformatora jednofazowego

Data wyk.

13.01.2004

Data odd.

20.01.2004

Ocena:

1. Wykaz przyrządów:

- miernik cyfrowy METEX M-3800; III/10/L/212/241;

- miernik cyfrowy METEX M-3800; III/10/L/212/258;

- miernik cyfrowy METEX M-3800; III/10/L/212/260;

- miernik cyfrowy METEX M-3800; III/10/L/212/261;

- transformator jednofazowy; nr fabryczny 9987642;

- autotransformator;

- opornica suwakowa;

2. Przebieg ćwiczenia

2.1 Schematy pomiarowe

0x01 graphic

Rys.1; Schemat pomiarowy 1;

0x08 graphic

Rys.2; Schemat pomiarowy 2;

Rys.3; Schemat pomiarowy 3;

Schemat pomiarowy 1 przedstawia układ do znajdowania początków i końców uzwojeń transformatora. W układzie mierzymy napięcia U₁, U₂, U₃. Jeśli spełniona jest równość U₃=U₂+U₁ to gwiazdkami oznaczono początki uzwojeń transformatora.

Schemat pomiarowy 2 przedstawia układ do pomiaru transformatora nieobciążonego. Tr oznacza badany transformator o napięciu znamionowym pierwotnym U_1n=220V. Transformator ten połączony jest z siecią za pomocą autotransformatora T. Woltomierze V₁ i V₂oraz amperomierz A₁ służą do pomiarów napięć i prądów na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym. Wartość napięcia U₁ zmieniamy od 20V do 240V co 20V a następnie odczutyjemy wskazania przyrządów V₁,V₂i A_1.

Schemat pomiarowy 3 przedstawia układ do pomiaru transformatora obciążonego. Do uzwojenia wtórnego przyłączamy opornicę suwakową R. Powinna być ona tak dobrana aby umożliwiała zmiany prądu wtórnego w granicach od I_2min do 1,_2I2n

I_2n - oznacza prąd znamionowy wtórny transformatora,

I_2min - najmniejszy prąd wtórny jaki można nastawić za pomocą rezystora stanowiącego obciążenie. Na zaciskach uzwojenia pierwotnego należy utrzymywać stałą wartość napięcia U₁ równą napięciu znamionowemu pierwotnemu. Pomiary wykonujemy przy prądach I2 w zakresie od 0,1 I_2n do 1,2 I_2n.

2.2 Tabelki pomiarowe

U₁	V	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220	240
I₁	mA	4,5	7,5	10,9	15,1	20,4	27,0	35,5	46,3	61,5	81,5	113,3	158,5
U₂	V	2,3	4,6	6,8	9,1	11,4	13,7	15,9	18,2	20,5	22,6	24,8	26,9
	-	8,696	8,697	8,824	8,791	8,772	8,759	8,805	8,791	8,780	8,850	8,871	8,922
Dane znamionowe transformatora badanego		U_1n=220 V U_2n=24 V			P_n=50 VA			I_1n=0,23 A I_2n=2,08 A			=9,167

Tabela 1; Wyniki pomiarów do schematu pomiarowego 1;

U_1n=220V							I_2n=2,08A
I₂/I_2n		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
I₂	A	0,208	0,416	0,624	0,832	1,04	1,248	1,456	1,664	1,872	2,08	2,288	2,496
U₂	V	24,5	24,2	23,9	23,8	23,7	23,6	23,4	23,1	22,9	22,8	22,6	22,4
I₁	A	0,49	0,54	0,60	0,67	0,71	0,79	0,85	0,94	1,02	0,96	1,00	1,90
	-	0,05	0,08	0,11	0,13	0,16	0,17	0,18	0,19	0,19	0,22	0,24	0,13
	-	8,980	9,091	9,205	9,244	9,283	9,322	9,402	9,524	9,607	9,649	9,735	9,821

Tabela 2; Wyniki pomiarów do schematu pomiarowego 2;

2.3 Rysunek płytki z transformatorem z zaznaczonymi początkami uzwojeń

0x08 graphic

Rys.1; Wyznaczanie początków i końców uzwojeń transformatora

Objaśnienia do rysunku 1:

P - zaciski uzwojenia pierwotnego

W - zaciski uzwojenie wtórnego transformatora

V₁, V₂, V₃ - woltomierze

* zaciski początkowe uzwojeń

Rysunek przedstawia widok z góry płytki z transformatorem.

Między napięciami U₁, U₂, U₃ zachodzi zależność:

U₁= 26 V

U₂= 2,9 V

U₃= 28,8 V

U₁+ U₂=26[V]+2,9[V]=28,9[V]

U₁+ U₂= U₃

2.4 Obliczenia

0x08 graphic

2.5 Wykresy

0x01 graphic
Wykres 1; Wykres zależności sprawności transformatora obciążonego od prądu I₁;

0x01 graphic
Wykres 2; Wykres zależności przekładni transformatora obciążonego od prądu I₂;

0x01 graphic
Wykres 3; Wykres zależności U₂ transformatora obciążonego od prądu I₂;

0x01 graphic
Wykres 4; Wykres zależności I₁ transformatora nieobciążonego od prądu U₁;

3. Wnioski

Transformator jest urządzeniem umożliwiającym przetwarzanie energii elektrycznej prądu zmiennego o pewnym napięciu na energię elektryczną prądu zmiennego o innym napięciu (wyższym lub niższym). Transformator składa się z zamkniętego rdzenia stalowego i nawiniętych na nim izolowanych uzwojeń (pierwotnego i wtórnego). Uzwojenie, do którego jest doprowadzana energia elektryczna nazywa się uzwojeniem pierwotnym. Uzwojenie, z którego pobierana jest energia elektryczna nazywa się uzwojeniem wtórnym. Transformatory obniżające napięcie mają przekładnię większą od 1 i podwyższają jednocześnie prąd, natomiast transformatory podwyższające napięcie mają przekładnię mniejszą od 1 i zmniejszają jednocześnie prąd. Przekładnia transformatora określa stosunek między:

liczbą zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego
napięciem po stronie pierwotnej i wtórnej
prądem po stronie pierwotnej i wtórnej

W transformatorze występują straty w żelazie i straty w miedzi.

Na zajęciach zajmowaliśmy się badaniem transformatora jednofazowego obniżającego napięcie.

Wyznaczanie uzwojeń transformatora obniżającego napięcie.

Uzwojenia transformatora obniżającego napięcie można wyznaczyć za pomocą omomierza. Należy zmierzyć rezystancję obydwu uzwojeń. Ze względu na to, że jest to transformator obniżający napięcie to rezystancja uzwojenia pierwotnego powinna być większa niż wtórnego, ponieważ uzwojenie pierwotne posiada więcej zwojów niż wtórne.

Badanie transformatora w stanie jałowym (bez obciążenia).

Stan jałowy występuje, gdy uzwojenie pierwotne przyłączymy do sieci o napięciu zmiennym, a obwód uzwojenia wtórnego pozostawimy rozwarty. Obserwowaliśmy jak w zależności od napięcia po stronie pierwotnej zmienia się prąd po stronie pierwotnej, napięcie po stronie wtórnej i przekładnia transformatora. Z wykresu 4 można zauważyć, że wraz ze wzrostem napięcia po stronie pierwotnej wzrasta też prąd po stronie pierwotnej. Charakterystyka ta ma kształt hiperboli. Z tabeli 1 widać, że wraz ze wzrostem napięcia po stronie pierwotnej, liniowo wzrasta napięcie po stronie wtórnej. Również przekładnia transformatora wzrasta ze wzrostem napięcia po stronie pierwotnej. Jest jednak mniejsza od wartości znamionowej. Wynika z tego, że napięcie po stronie wtórnej w transformatorze nieobciążonym jest nieco większe niż znamionowe napięcie po stronie wtórnej.

Badanie transformatora w stanie obciążenia.

Stan obciążenie występuje, gdy uzwojenie pierwotne przyłączymy do sieci o napięciu zmiennym, a obwód uzwojenia wtórnego obciążymy (włączymy pewną rezystancję). Rezystancja obciążenia została tak dobrana, aby możliwa była regulacja prądu po stronie wtórnej od 0,1I_2n do 1,2I_2n. Z wykresu 1 widać, że wraz ze wzrostem prądu po stronie pierwotnej i wtórnej wzrasta sprawność transformatora. Osiąga ona wartość maksymalną, gdy prąd po stronie wtórnej jest równy prądowi wtórnemu znamionowemu. Natomiast, gdy prąd po stronie wtórnej jest mniejszy bądź większy od znamionowego prądu wtórnego sprawność jest mała. Z wykresu 2 widać, że wraz ze wzrostem prądu po stronie wtórnej wzrasta przekładnia transformatora. Jest ona najbardziej zbliżona do przekładni znamionowej, gdy prąd po stronie wtórnej wynosi 0,2I_2n. Z wykresu 3 widać, że wraz ze wzrostem prądu po stronie wtórnej maleje napięcie po stronie wtórnej. Gdy prąd po stronie wtórnej będzie miał wartość większą niż znamionowy prąd wtórny, to napięcie po stronie wtórnej będzie miało wartość mniejszą niż znamionowe napięcie wtórne.

Z zaobserwowanych wykresów i pomiarów widać, że nie należy przeciążać transformatora. Ma on wtedy mniejszą sprawność, nadmiernie się nagrzewa i może ulec uszkodzeniu. Transformator jest wykorzystany najbardziej optymalnie przy wartościach znamionowych.

Transformator może pracować tylko przy prądzie zmiennym. Transformator zbudowany jest z dwóch cewek. Dlatego też dla prądu stałego byłby tylko zwarciem.