ĆWICZENIE NR: 17
Temat: Badanie transformatora
1. Wstęp teoretyczny
Jednym z zasadniczych powodów, dla którego prądy zmienne znalazły powszechne zastosowanie, jest możliwość zmiany napięcia prądu w bardzo szerokich granicach i bez dużych strat energii. Przyrządem, który służy do tego celu jest transformator. Składa się on z dwu uzwojeń: pierwotnego P. i wtórnego W nawiniętych na rdzeń żelazny najczęściej w kształcie prostokąta. Z kształtem rdzenia wiąże się większe lub mniejsze rozproszenie strumienia magnetycznego oraz masy zastosowanego żelaza. Rdzeń składa się z cienkich blach żelaznych odizolowanych od siebie dla uniknięcia strat na prądy wirowe.
Jeśli uzwojenie pierwotne dołączamy do źródła prądu zmiennego o napięci U1 wówczas przez uzwojenie pierwotne popłynie prąd zmienny o natężeniu I1, przez rdzeń popłynie zmienny strumień magnetyczny Qo, którego zmiany będą zgodne ze zmianami natężenia prądu I1 tzn. Będą w fazie z prądem magnesującym. Strumień magnetyczny wytworzony przez uzwojenie pierwotne przenika również i uzwojenie wtórne. W transformatorze mamy zatem zmienny strumień magnetyczny Qo, który przenika dwa uzwojenia: pierwotne i wtórne indukując w nich siły SEM
Bieg jałowy:
Załóżmy najpierw, że uzwojenie wtórne jest otwarte, tzn. transformator nie jest obciążony; mamy wówczas tak zwany bieg jałowy. Uzwojenie pierwotne transformatora zachowuje się wówczas jak zwojnia o określonym oporze indukcyjnym i omowym przez którą będzie płynął prąd o natężeniu Io zwany prądem jałowym biegu transformatora. Zależność od czasu przyłożonego napięcia U1 określa równanie
U1=Umsinwt
I1=Imsin(wt+)=Imcosωt
strumień magnetyczny jest zgodny w fazie z prądem magnesującym I1
Q=Qocoswt
Bieg roboczy transformatora:
Jeśli transformator obciążymy, zwierając końcówki wtórnego uzwojenia jakimś oporem omowym, wówczas w uzwojeniu którym płynie prąd o natężeniu I2 którego pole magnetyczne osłabi pierwotny strumień magnetyczny (zgodnie z regułą Lenza). To osłabienie zostanie wyrażone przez wzrost natężenia prądu w uzwojeniu pierwotnym , od wartości Io do wartości I1. Ze względu na istnienie oporu indukcyjnego zarówno w uzwojeniu pierwotnym jaki wtórnym prąd I1 jest przesunięty w fazie w stosunku do napięcia U1 o kąt ϕ1, a I2 w stosunku do napięcia U2 o kąt ϕ2.
2.Wyniki pomiarów
Tabela A
Wyznaczanie przekładni transformatora:
lp. |
U1[V] |
U2[V] |
n=U1/U2 |
nśr |
1 |
75 |
5 |
15 |
14,8 |
2 |
125 |
8,5 |
14,7 |
14,8 |
3 |
150 |
10 |
15 |
14,8 |
4 |
175 |
12 |
14,6 |
14,8 |
5 |
200 |
13,5 |
14,8 |
14,8 |
Tabela B
Wyznaczanie charakterystyki biegu jałowego:
Lp. |
U1[V] |
I1[A] |
Po[W] |
cosϕo |
1 |
25 |
- |
- |
- |
2 |
50 |
12,5 |
0,2 |
0,37 |
3 |
75 |
15 |
0,42 |
0,37 |
4 |
100 |
20 |
0,7 |
0,35 |
5 |
125 |
25 |
1,1 |
0,35 |
6 |
150 |
35 |
1,7 |
0,32 |
7 |
175 |
47,5 |
2,5 |
0,3 |
8 |
200 |
64 |
3,45 |
0,27 |
9 |
220 |
82,5 |
4,32 |
0,24 |
Tabela C
Wyznaczanie charakterystyki stanu zwarcia
Lp. |
I1[A] |
I2[A] |
U1[V] |
P2[W] |
cosϕz |
1 |
- |
1 |
3,5 |
- |
- |
2 |
0,15 |
2 |
6,9 |
0,1 |
0,097 |
3 |
0,2 |
3 |
10 |
0,2 |
0,1 |
4 |
0,27 |
4 |
13,5 |
0,38 |
0,1 |
5 |
0,32 |
5 |
17 |
0,6 |
0,11 |
6 |
0,4 |
6 |
20 |
0,88 |
0,11 |
3. Opracowanie wyników
wyznaczam przekładnie transformatora ze wzoru:
obliczam współczynnik mocy ϕo ze wzoru:
obliczam współczynnik mocy ϕz ze wzoru
obliczam błędy
dla biegu jałowego
dla stanu zwarcia
4.Wnioski:
Na podstawie dokonanych pomiarów, a następnie stosownych obliczeń stwierdzam, że:
-przekładnia badanego transformatora ma wartość nśr≈14,8
-dla transformatora pracującego w stanie jałowym, wraz ze wzrostem napięcia w uzwojeniu pierwotnym oraz spowodowanym nim nieliniowym wzrostem prądu oraz mocy, maleje wartość współczynnika mocy cosϕ
-dla transformatora pracującego w stanie zwarcia wartość prądu w uzwojeniu pierwotnym rośnie wprost proporcjonalnie do zadawanego napięcia, moc natomiast wzrasta nieliniowo.
-dla transformatora pracującego w stanie zwarcia wartość współczynnika mocy cosϕ jest stała (występujące wartości różnią się maksymalnie o 0,0134, co spowodowane jest najprawdopodobniej błędem związanym z pomiarami).
Na duże (uwidocznione na wykresach) wartości błędów wpływa przede wszystkim niska klasa mierników przez co niemożliwe było odczytanie wystarczająco dokładnych wartości napięcia i prądu (co można zauważyć np. w stanie zwarcia: niemożność precyzyjnego odczytania wartości prądu wpływa znacznie na dokładność określenia wartości cosϕ) .