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 Q_o, 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 Q_o, 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 I_o 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=Q_ocoswt

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 I_o 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

1. wyznaczam przekładnie transformatora ze wzoru:

2. obliczam współczynnik mocy ϕ_o ze wzoru:

3. obliczam współczynnik mocy ϕ_z ze wzoru

4. 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 n_śr≈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) .