Rok akad.
LABORATORIUM 2011/2012
Rodzaj 
ELEKTROTECHNIKI I 
studiów:
NAPĘDÓW MT_SI
Temat ćwiczenia:
Transformator jednofazowy
Skład sekcji: Kierunek: Kierunek: 
1. Buchla Tomasz MiBM MTA
2. Gubała Szymon Semestr: V Semestr: 
3. Drozd Michał Grupa:2 V
4. Zeman Dariusz Sekcja: Grupa:1
5. Stando Maciej Sekcja: 3
6. Prowda Adam
Prowadzący: Prowadz
ący:
Data wykonania: Data oddania: Ocena: Podpis:
Wstęp teoretyczny
Transformator jest urządzeniem działającym na zasadzie indukcji elektromagetycznej, 
służącym do zmiany wartości napięcia przemiennego przy zachowaniu nie zmienionej mocy. 
Potrzeba zmiany wartości napięcia występuje przede wszystkim w energetyce przy 
przesyłaniu energii ze źródeł zasilania do odbiorników, przy czym na drodze przesyłu zachodzi na 
ogół konieczność kilkakrotnego podwyższania i obniżania napięcia. Wynika ona z tego, że 
generatory w elektrowniach pracują przy napięciach od 6 do 25 kV, linie przesyłowe buduje się na 
napięcia od 6 do 500kV, a odbiorcy bezpośredni pracują w zakresie napięcia od 220 do 6000 V. 
oprócz zastosowań energetycznych, w których posługujemy się tzw. transformatorami mocy, 
spotykamy się z koniecznośćią stosowania transformatorów specjalnych. Należą do nich 
transformatory pomiarowe, zwane przekładnikami napięciowymi i prądowymi, regulatory 
indukcyjne, przesówniki fazowe, transtformatory bezpieczeństwa, transformatory spawalnicze i 
prostownikowe, a także różne transformatory stosowane w łączności, telemechanice i automatyce.
Budowa transformatora jednofazowego
Zasada budowy każdego transformatora jest taka sama: musi on mieć rdzeń
stanowiący obwód magnetyczny oraz dwa obwody elektryczne: uzwojenie górne
i uzwojenie dolne.
Buduje się dwa rodzaje transformatorów jednofazowych różniące się kształtem
obwodu magnetycznego (rdzenia).
Są to: transformatory rdzeniowe (Rys. 1a) i transformatory płaszczowe (Rys. 1b).
Części rdzenia, na których są umieszczone uzwojenia nazywamy kolumnami lub
słupami, a części łączące kolumny – jarzmami. Przestrzeń zawartą między kolumna
a jarzmem nazywa się oknem W jednofazowym transformatorze rdzeniowym
(Rys. 1a) uzwojenie pierwotne i wtórne są dzielone na połówki i umieszczone na obu
kolumnach, pola przekrojów kolumn i jarzm są wówczas jednakowe.
Rys. 1. Zasada budowy transformatora jednofazowego: a) rdzeniowego b) płaszczowego
1 kolumny, 2 jarzma
Rdzenie transformatorów wykonuje się z blachy transformatorowej o grubości
0,3 - 0,5mm. Blachy pokrywa się cienką warstwą materiału izolacyjnego (np. papieru,
lakieru, szkła wodnego) i składa w pakiety. Izolacja między blachami ogranicza prądy
wirowe), a tym samym zapobiega nadmiernemu nagrzaniu rdzenia.
3. Strona górna i dolna transformatora
Strona pierwotna transformatora jest to uzwojenie, które zasilamy ze źródła.
Strona wtórna transformatora jest to uzwojenie, do którego podłączamy odbiornik.
Przyjęto zasadę, że:
- Wszystkie wielkości odnoszące się do strony pierwotnej (zasilanej) zawsze są
oznaczane ze wskaźnikiem 1 i nazywane wielkościami pierwotnymi, np: napięcie
pierwotne U1, prąd pierwotny I1, liczba zwojów uzwojenia pierwotnego N1 itd.
- Wszystkie wielkości odnoszące się do uzwojenia wtórnego (odbiorczego) są
oznaczane ze wskaźnikiem 2 i nazywane wielkościami wtórnymi, np: napięcie
wtórne U2, prąd wtórny I2, liczba zwojów uzwojenia wtórnego N2 itd.
Jeżeli napięcie wtórne jest wyższe od pierwotnego, to taki transformator nazywamy
transformatorem podwyższającym. Jeżeli napięcie wtórne jest niższe od pierwotnego,
to taki transformator nazywamy obniżającym.
Z tego względu niezależnie od określeń pierwotne i wtórne stosuje się określenia
górne i dolne. Uzwojenie wyższego napięcia nazywa się uzwojeniem górnym,
a wszystkie wielkości odnoszące się do tego uzwojenia nazywa się górnymi i oznacza
je ze wskaźnikiem g, np.: napięcie górne Ug, prąd górny Ig, liczba zwojów uzwojenia
górnego Ng itd.
Uzwojenie niższego napięcia nazywa się uzwojeniem dolnym, a wszystkie wielkości
odnoszące się do tego uzwojenia nazywa się dolnymi i oznacza je ze wskaźnikiem d,
np.: napięcie dolne Ud, prąd dolny Id, liczba zwojów uzwojenia dolnego Nd itd.
Tak więc napięcie pierwotne może być napięciem górnym lub dolnym i odwrotnie.
Nie stosuje się jednocześnie wskaźników „pierwotne i wtórne" oraz „górne i dolne".
Zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami, literami dużymi oznacza się wartości
skuteczne napięć, prądów i strumieni, a literami małymi wartości chwilowe.
5. Analiza pracy transformatora
Transformator może się znajdować, w jednym z trzech charakterystycznych stanów
pracy:
a. Stan jałowy:
Stan jałowy transformatora jest to taki stan, w którym uzwojenie pierwotne jest
dołączone do źródła prądu przemiennego, a uzwojenie wtórne jest otwarte (Rys. 2).
Rys. 2. Transformator w stanie jałowym
Transformator w stanie jałowym nie jest obciążony a więc nie oddaje żadnej mocy
(w uzwojeniu wtórnym nie płynie prąd).
Rys. 3. Charakterystyka stanu jałowego transformatora jednofazowego
b. Stan obciążenia:
Stan obciążenia transformatora to taki stan pracy, w którym uzwojenie
pierwotne jest zasilane napięciem znamionowym, a w obwód wtórny jest włączony
odbiornik.
Rys. 4. Transformator w stanie obciążenia
W stanie obciążenia transformatora można wyznaczyć jego charakterystykę
zewnętrzną oraz charakterystykę sprawności. Charakterystyką zewnętrzną
transformatora nazywamy zależność napięcia na zaciskach uzwojenia wtórnego U2 od
prądu wtórnego I2 przy U1=U1zn=const, f=const, cosө2=const. Przykładowy przebieg
tych charakterystyk przedstawiono na (Rys. 5.3), z którego wynika, że przy wzroście
prądu I2, napięcie U2 maleje, przy czym spadek napięcia jest tym większy, im
mniejszy jest współczynnik mocy odbiornika charakteru indukcyjnego. Dla odbiornika
o charakterze pojemnościowym, przy wzroście prądu I2 wystąpiłby wzrost napięcia
U2.
Rys. 4.1. Charakterystyki zewnętrzne transformatora jednofazowego
Rys. 4.2. Charakterystyki sprawności transformatora jednofazowego
Zmianą napięcia przy określonym współczynniku mocy i określonym prądzie
obciążenia, nazywa się spadek napięcia wtórnego przy przejściu od stanu jałowego do
określonego obciążenia przy niezmienionym napięciu pierwotnym i stałej
częstotliwości.
Sprawność transformatora można również wyznaczyć tzw. metodą strat
poszczególnych. Moc czynna P1 pobierana przez uzwojenie pierwotne jest równa
sumie mocy czynnej P2, oddawanej przez uzwojenie wtórne oraz stratom mocy;
w uzwojeniach ΔPu (wyznaczonym w próbie zwarcia) oraz w rdzeniu ΔP0
(wyznaczonym w próbie stanu jałowego).
Sprawność transformatora
Ponieważ moc strony wtórnej
wobec tego sprawność
Sprawność nowoczesnych transformatorów jest duża i zwykle przekracza 97%,
w jednostkach wielkiej mocy dochodzi do 99%. Przykładowy przebieg krzywej
sprawności przedstawiony jest na (Rys. 5.4). Krzywa sprawności ma pewne
maksimum. Można dowieść, że maksimum to wystąpi wówczas, gdy straty
w uzwojeniach są równe stratom w rdzeniu, tzn. straty obciążeniowe równe stratom
jałowym. Najczęściej maksimum zachodzi przy obciążeniach (40...60) %
znamionowego. Przy obciążeniu znamionowym, tzn. dla I2=I2zn, straty obciążeniowe
są kilkakrotnie większe od strat jałowych.
c. Stan zwarcia:
Stanem zwarcia transformatora nazywamy taki stan, w którym do uzwojenia
pierwotnego jest doprowadzone napięcie zasilające, a uzwojenie wtórne jest zwarte.
Rys. 5. Transformator w stanie zwarcia: a) schemat układu pomiarowego, b) charakterystyka
zwarcia
Pomiary i obliczenia
• dla stanu zwarcia
|U1| |I0| P0 cosφ0 cosφ0*|I0| sinφ0*|I0|
Rz Xz
15 2 23 0,767 1,53 1,28 5,75 4,82
13 1,75 17,5 0,769 1,35 1,12 5,71 4,75
11 1,5 13 0,788 1,18 0,92 5,78 4,52
9,25 1,25 9 0,778 0,97 0,78 5,76 4,65
7,25 1 5,5 0,759 0,76 0,65 5,5 4,72
5,5 0,75 3 0,727 0,55 0,51 5,33 5,03
2,5
2
1,5
1
Io
0,5
0
15 13 11 9,25 7,25 5,5
|U1|
25
20
15
Po
10
5
0
15 13 11 9,25 7,25 5,5
|U1|
25
20
15
Io
10
5
0
15 13 11 9,25 7,25 5,5
| U1|
• dla stanu jałowego
U1 I1 Pz Iu Rfe Iu Xu
240 0,190 11,2 0,04667 5142,86 0,18 1303,07
220 0,150 9,2 0,04182 5260,87 0,14 1527,22
200 0,110 7,2 0,03600 5555,56 0,1 1924,14
180 0,0850 5,9 0,03278 5491,53 0,08 2295,16
160 0,0675 4,4 0,02750 5818,18 0,06 2595,54
140 0,0525 3,6 0,02571 5444,44 0,05 3058,68
120 0,040 2,4 0,02000 6000 0,03 3464,1
0,200
0,150
0,100
Pz
0,050
0,000
240 220 200 180 160 140 120
I1