Temat ćwiczenia: Badanie transformatora trójfazowego, dwuuzwojeniowego.

1. Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie miało na celu poznanie budowy, właściwości, sposobów pomiaru i wyznaczania charakterystyk parametrów transformatorów, jak np.: rezystancji uzwojeń, reaktancji, przekładni, itp.

2. Program ćwiczeń obejmował.

1. Oględziny transformatora i odpisanie jego danych znamionowych.

2. Pomiar rezystancji uzwojeń transformatora.

3. Pomiar przekładni transformatora

4. Pomiary charakterystyk stanu jałowego.

5. Pomiary charakterystyk stanu zwarcia.

3. Dane znamioniowe.

U_f =190 - 220 [V] - napięcie fazowe

U_p =380 - 500 [V] - napięcie międzyfazowe

U_wtórne = 70 [V] - napięcie wtórne

I_N = 17 [A] - prąd znamionowy

S = 2,1 [kVA] - moc pozorna

4. Pomiar rezystancji uzwojeń wykonany metodą w układzie poprawnie mierzonego napięcia.

Rys.1 Schemat układu do punktu 1

Strona pierwotna:

25% z prądu I = 3,13A wynosi I = 0,8A

	U [V]	I [A]	R [Ω]
RAB	1,2	0,8	1,5
RBC	1,2	0,8	1,5
RCA	1,2	0,8	1,5

Strona wtórna:

25% z prądu I = 17A wynosi I = 4,2A

	U [V]	I [A]	R [Ω]
Rab	0,8	4,2	0,19
R­bc	0,8	4,2	0,19
Rca	0,8	4,2	0,19

Obliczenia dla strony pierwotnej:

R_A = 0,5(R_AB + R_CA - R_BC) = 0,75Ω

R_B = 0,5(R_AB + R_BC - R_AC) = 0,75Ω

R_C = 0,5(R_AC + R_BC - R_AB) = 0,75Ω

Obliczenia dla strony wtórnej:

R_a = 0,5(R_ab + R_ca - R_bc) = 0,095Ω

R_b = 0,5(R_ab + R_bc - R_ac) = 0,095Ω

R_c = 0,5(R_ac + R_bc - R_ab) = 0,095Ω

5. Przekładnia transformatora.

Dla danych znamionowych odczytanych z tabliczki :

strona pierwotna U_g = 380V

strona wtórna U_d = 70V

6. Wyznaczanie charakterystyk stanu jałowego .

Rys.2 Schemat układu do punktu 6

UAB [V]	UBC [V]	UCA [V]	U0 [V]	I0A [A]	I0B [A]	I0C [A]	I0 [A]	P1 [W]	P2 [W]	P0 [W]	cos ϕ0
-	430	-	430	0.86	0.50	0.75	0.7	150	-75	75	0.144
-	400	-	400	0.64	0.36	0.55	0.52	115	-50	65	0.180
390	380	390	387	0.52	0.30	0.50	0.44	85	-25	60	0.203
340	330	340	337	0.30	0.18	0.25	0.24	50	-10	40	0.286
290	280	290	287	0.18	0.12	0	0.10	25	-4	21	0.422
230	230	230	230	0.12	0.07	0	0.06	15	0	15	0.628
180	180	180	180	0.08	0.06	0	0.05	10	0	10	0.641
120	130	120	123	0.06	0.05	0	0.04	5	0	5	0.587
80	80	80	80	0.04	0.03	0	0.02	2.5	0	2.5	0.902
40	40	40	40	0.02	0.01	0	0.01	0	0	0	-

Do obliczeń korzystaliśmy ze wzorów:

P₀=P₁+P₂

7. Przekładnia transformatora:

Wielkości zmierzone:

strona pierwotna U_g = 370V

strona wtórna U_d = 72V

8. Wyznaczenie charakterystyk stanu zwarcia.

Rys.2 Schemat układu do punktu 8

Uab [V]	Ubc [V]	Uca [V]	UZ [V]	IZa [A]	IZb [A]	IZc [A]	IZ [A]	P1 [W]	P2 [W]	PZ [W]	cos ϕZ
-	21	-	21	3.9	4.1	4.05	4.02	75	50	125	0.855
-	19	-	19	3.5	3.7	3.8	3.67	60	45	105	0.870
-	17	-	17	3.1	3.3	3.45	3.28	50	40	90	0.932
-	17	-	17	3.0	3.1	3.25	3.12	45	35	80	0.871
-	14	-	14	2.5	2.6	2.8	2.63	35	25	60	0.941
-	12	-	12	2.0	2.1	2.25	2.12	25	15	40	0.908
-	9	-	9	1.5	1.6	1.75	1.62	15	7.5	22.5	0.891
-	6	-	6	1.0	1.1	1.25	1.12	7.5	2.5	10	0.859

Prąd zwarcia I_Z = 3,12A; Napięcie zwarcia U_Z = 14V

9. Wyznaczanie sprawności znamionowej transformatora na podstawie wzoru .

Sprawność obliczamy przy obciążeniu znamionowym cosϕ=1

gdzie:

P₂=2.1kVA

ΔP_Fe dla wartości U=72V w stanie jałowym

ΔP_Cuz jest w przybliżeniu równa mocy w stanie zwarcia P_z=125W przy prądzie I_z=4,02A na stronie pierwotnej, po podstawieniu tych wartości sprawność transformatora wynosi :

10. Wyznaczanie parametrów schematu zastępczego transformatora trójfazowego:

Obliczenia:

11. Wnioski.

Pierwszym punktem w naszym ćwiczeniu był pomiar rezystancji uzwojeń strony wtórnej i pierwotnej. Pomiaru tego dokonywaliśmy za pomocą metody dokładnie mierzonego napięcia.. Z uzyskanych wyników widać że jest ona bardzo mała(R_zp=0,75Ω,R_zw=0,095Ω).

Kolejnym zadaniem było obliczenie przekładni transformatora na podstawie danych znamionowych. Przekładnia napięciowa transformatora musi być mierzona w stanie jałowym transformatora, nam K wyniosło 5,43. Natomiast w punkcie 7 przekładnia napięciowa transformatora została obliczona na podstawie pomiarów i wyniosła 5,14. Jak widać nie ma zbyt dużej rozbieżności pomiędzy przekładnia jaka powinna być na podstawie danych znamionowych a przekładnią jaką obliczyliśmy z wykonanych pomiarów. Błąd wynosi rzędu 6% co uznajemy za wartość bardzo dobrą.

Następnym punktem było wyznaczenie charakterystyk stanu jałowego. Charakterystyki stanu jałowego transformatora są zależnościami prądu I₀ i strat jałowych P₀ oraz współczynnika mocy cosϕ₀ w funkcji napięcia zasilania jednej ze stron przy stałej częstotliwości jeżeli uzwojenie strony drugiej jest rozwarte. Na podstawie zmierzonego prądu i strat jałowych wyznaczyliśmy współczynnik mocy, który przyjmował wartość w zakresie 0.14...0.90. Z charakterystyki I₀=f(U) wynika, że zasilanie transformatora napięciem mniejszym niż napięcie znamionowe jest możliwe natomiast praca przy zwiększonym napięciu ponad wartość znamionową powoduje znaczny wzrost prądu jałowego. Również na podstawie charakterystyki P₀=f(U) można zauważyć istotny wzrost strat w rdzeniu przy podwyższonym napięciu zasilania; może się to stać przyczyną nadmiernego nagrzania i uszkodzenia transformatora .

Następnie wyznaczyliśmy charakterystyki zwarcia, są to zależności prądu I_z , strat P_z oraz współczynnika mocy cosϕ_z w funkcji napięcia zasilania jednej ze stron transformatora przy stałej częstotliwości i zwartej stronie drugiej. Na podstawie charakterystyk zwarcia można określić wartość strat w uzwojeniach transformatora. Przy wzroście napięcia zasilania w stanie zwarcia następuje gwałtowny wzrost prądu zwarciowego, który powoduje nadmierne grzanie się transformatora co może doprowadzić do stopienia się izolacji, a w konsekwencji do uszkodzenia transformatora. Wartość współczynnika mocy kształtowała się w zakresie cosϕ_z=0.85...0.94.

Ostatnim zadaniem było wyznaczenie przekładni i sprawności znamionowej . Obliczona sprawność transformatora wyniosła 0.913. Co uznajemy za wynik całkiem dobry, lecz odbiegający od idealnego.

U₂'/

X_σ2'

I₂'

U₁/

R_obc

X_m

R_Fe

I_m

I_Fe

I₀

I₁

R₂'

X_σ1

R₁

---