��POLITECHNIKA Z
L
SKA WYDZIAA
IN{
YNIERII Z
RODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZ
DZEC
ENERGETYCZNYCH LABORATORIUM ELEKTRYCZNE TRANSFORMATOR I (E  11) OpracowaB
: mgr in|
. Janusz M
DRYCH ZatwierdziB
: W.O. 1. Cel 
wiczenia. Celem 
wiczenia jest analiza wB
a[
ciwo[
ci transformatora jako maszyny elektrycznej w oparciu o jego charakterystyki stanu jaB
owego i stanu zwarcia, oraz praktyczne wykonanie pomiar�w tych charakterystyk. 2. Wprowadzenie. Transformator jest statyczn
maszyn
elektryczn
sB
u|

c
do przetwarzania (transformacji) energii elektrycznej. Celem przetwarzania jest podwy|
szanie lub obni|
anie napi
cia co powoduje zmniejszanie lub zwi
kszanie nat
|
enia pr
du. Przetwarzanie energii odbywa si
za po[
rednictwem pola magnetycznego. 2.1 Budowa. Uproszczony schemat konstrukcyjny 2 1 3 transformatora przedstawia rys. 1. Na ferromagnetycznym rdzeniu 2 nawini
te s
dwa uzwojenia 1 i 3. RdzeD
transformatora jest na og�B
wykonany z Rys.1. Schemat konstrukcji cienkich, wzajemnie izolowanych blach stalowych, uzwojenia z izolowanego drutu miedzianego. WB
a[
ciwo[
ci transformatora opisywane s
dla nast
puj
cych stan�w pracy: stanu jaB
owego, obci
|
enia, zwarcia. Straty mocy czynnej podczas pracy transformatora wyst
puj
gB
�wnie w rdzeniu (na pr
dy wirowe i histerez
magnetyczn
) i uzwojeniach (na ich rezystancji). 2.2 Stan jaB
owy transformatora jednofazowego. Je|
eli uzwojenie pierwotne jest zasilane napi
ciem U1 a obw�d wt�rny rozwarty (pr
d I2=0) transformator znajduje si
w stanie jaB
owym. Pr
d stanu jaB
owego I1=I0 (kilka do kilkunastu % warto[
ci pr
du znamionowego strony pierwotnej) pB
ynie przez uzwojenie pierwotne i wytwarza w rdzeniu strumieD
magnetyczny. � Analiz
wB
a[
ciwo[
ci transfor- I1 I 2 matora wygodnie jest przepro- wadza
w oparciu o schemat U Z 2 U1 �2r �1r zast
pczy i wykres wektorowy napi

i pr
d�w. Schemat Rys.2. Schemat transformatora transformatora uwzgl
dniaj
cy powstaj
ce strumienie magnetyczne  gB
�wny i strumienie rozproszenia przedstawiono na rys. 2. W stanie jaB
owym RS1 XS1 I 1 = I 0 strumieD
magnetyczny �2r = 0 (poniewa|
I2 = 0). StrumieD
� powstaje wskutek przepB
ywu I0 i jest z IFe I � nim zgodny w fazie. Schemat zast
pczy U1 RFe X� transformatora w stanie jaB
owym (rys.3) E 1 uwzgl
dnia napi
cia indukowane w uzwojeniu pierwotnym przez strumieD
gB
�wny � (E1) i Rys.3. Schemat zast
pczy rozproszenia �2r (E1r) oraz spadek napi
cia na dla stanu jaB
owego rezystancji uzwojenia U1 = Rs1I0 + jXs1I0 + E1 (1) Wykres wektorowy przedstawiono na rys. 4. Straty w rdzeniu reprezentuje sob
rezystor RFe, Reaktancja X� jest zwi
zana ze strumieniem gB
�wnym. I0 = IFe + I� jX1I0 (2) Moc pobierana przez transformator skB
ada si
ze strat w U1 R1I0 rdzeniu (straty na histerez
i na pr
dy wirowe) oraz strat w E1 uzwojeniach 2 I0 "PFe = "Ph + "Pw = khB2 f + kwB2 f (3) m m IFe � gdzie kh, kw, staB
e wsp�B
czynniki, Bm amplituda indukcji I� magnetycznej, f cz
stotliwo[

napi
cia zasilania. Dla staB
ej cz
stotliwo[
ci zasilania 2 "PFe = kU1 (4) 2 "PCu = I1 R1 + I2R2 (5) 2 Rys.4. Wykres wektorowy Poniewa|
I2 = 0 oraz I1 <�<� IN "PCu H" 0 straty w stanie jaB
owym stanu jaB
owego P0 H" "PFe (6) 2.3 Stan obci
|
enia transformatora jednofazowego. Je|
eli transformator zostanie obci
|
ony (doB

czony odbiornik o impedancji Z0), w obwodzie wt�rnym popB
ynie pr
d I2. Bilans napi

dla strony wt�rnej : X R S2 I 2 E2 = Rs2 I2 + jXs2 I2 + U2 (7) S1 S2 I1 RS1 X R�wnania (1) i (7) opisuj
obw�d Z 0 na rys. 5. Uproszczenie obliczeD
U1 U E E 1 2 2 mo|
na uzyska
zakB
adaj
c r�wno[

napi

E1 i E , gdzie E  Rys.5. Schemat zast
pczy dla stanu obci
|
enia 2 2 napi
cie strony wt�rnej sprowadzone na stron
pierwotn
. E' = E2� gdzie � przekB
adnia transformatora 2 (8) � 0 Nale|
y przy tym dokona
przeliczenia pozostaB
ych parametr�w obwodu strony wt�rnej, zapewniaj
c r�wno[

mocy i przepB
yw�w przed i po sprowadzeniu. z2 z2 1 �2 = �' I' z' = I2z2 I' = I2 = I2 = I2 (9) 2 2 2 2 z' z1 � 2 z r�wno[
ci mocy czynnych BB

d! NieprawidB
owe B

cze. (10) 2 �� �� I2 �� �� jX1I1 R' = R = R �2 (11) 2 2 2 2 �� �� I' �� 2 �� R1 I1 analogicznie ' Xs2 = Xs2�2 (12) U1 jX2I2 Sprowadzenie na jedn
stron
R2 I2 I1 warto[
ci parametr�w pozwala na E1=E' 2 ' uzyskanie prostego schematu U2 I' 2 zast
pczego (rys.6) i wykresu I0 wektorowego (rys.7) dla dowolnego IFe � S2 S2 I1 RS1 XS1 X' R' I' I� 2 Rys.6. Wykres wektorowy dla stanu obci
|
enia U1 U' 2 RFe X� obci
|
enia. Rys.7. Schemat zast
pczy dla stanu obci
|
enia 2.4 Stan zwarcia transformatora jednofazowego. Transformator znajduje si
w stanie zwarcia je[
li impedancja obci
|
enia Z0 = 0 (w�wczas U = 0). Zwarcie 2 jX1I1 podczas zasilania napi
ciem znamionowym powoduje przepB
yw du|
ych pr
d�w pierwotnego i wt�rnego, a w konsekwencji szybkie uszkodzenie transformatora (zwarcie U1 R1 awaryjne). Je|
eli w czasie zwarcia transformator jest I1 zasilany obni|
onym napi
ciem i pr
d nie przekracza jX' I' 2 2 warto[
ci znamionowych (zwarcie pomiarowe) straty w IZ E1 X' R' I' S2 S2 I1 RS1 XS1 2 R2 I2 � = U1 E1 E' 2 Rys.9. Wykres wektorowy dla stanu zwarcia rdzeniu (zale|
ne od U2) mo|
na pomin

 otrzymamy nast
puj
cy schemat zast
pczy (rys.8), oraz Rys.8. Schemat zast
pczy dla stanu zwarcia odpowiadaj
cy mu wykres wektorowy (rys.9). U1 = (R1 + R' )Iz + j(X1 + X' )IZ (13) 2 2 Je[
li podczas zwarcia pomiarowego pB
ynie pr
d r�wny znamionowemu, napi
cie zasilania jest r�wne znamionowemu napi
ciu zwarcia UZ. Napi
cie zwarcia mo|
e by
wyra|
one w procentach napi
cia znamionowego. Impedancja zast
pcza transformatora w stanie zwarcia nosi nazw
impedancji zwarcia. Na podstawie mocy zwarcia mo|
na wyznaczy
rezystancj
zwarcia. 2 2 PZ = I1N (R1 + R' ) PZ = I1NR (14) 2 Z 3. Badania i pomiary. 3.1 Okre[
lenie wielko[
ci mierzonych Wielko[
ciami mierzonymi s
warto[
ci: napi
cia zasilania (napi
cia obwodu pierwotnego), napi
cia obwodu wt�rnego, nat
|
enia pr
du oraz mocy czynnej pobieranej przez transformator. 3.2. Schemat ukB
adu pomiarowego. UkB
ad pomiarowy skB
ada si
z badanego transformatora jednofazowego Tr, z
r�dB
a zasilania napi
ciem przemiennym o regulowanym napi
ciu U (autotransformator), amperomierza A, watomierza W oraz woltomierza V. Tr A W Z U V Uzwojenie strony wt�rnej transformatora mo|
e by
zwarte zwor
Z. 3.3. Przebieg 
wiczenia. Charakterystyka stanu jaB
owego: zestawi
ukB
ad pomiarowy ustawi
pokr
tB
o regulacyjne transformatora na minimum wB

czy
zasilanie wykona
pomiary napi
cia, pr
du mocy czynnej dla minimum 8 punkt�w pomiarowych wyB

czy
zasilanie Charakterystyka stanu zwarcia: zewrze
uzwojenie wt�rne zwor
Z ustawi
pokr
tB
o regulacyjne transformatora na minimum wB

czy
zasilanie wykona
pomiary napi
cia, pr
du mocy czynnej dla minimum 8 punkt�w pomiarowych wyB

czy
zasilanie Uwaga: wszelkie czynno[
ci zwi
zane z zaB

czaniem zasilania, oraz wyborem zakresu przyrz
du mog
by
wykonane po uzyskaniu zgody i pod nadzorem prowadz
cego. UkB
ad pomiarowy nie jest separowany od sieci zasilaj
cej. 4. Opracowanie wynik�w pomiar�w W przypadku przyrz
d�w wskazuj
cych mierzon
wielko[

w dziaB
kach przeliczy
warto[
ci na warto[
ci w jednostkach fizycznych, uwzgl
dniaj
c staB

przyrz
du. Dla ka|
dego punktu pomiarowego wyliczy
wsp�B
czynnika mocy cos . Wykona
wykresy zale|
no[
ci warto[
ci pr
du, mocy czynnej oraz wsp�B
czynnika mocy od napi
cia zasilania. Wyznaczy
parametry schematu zast
pczego transformatora sprowadzonego na jedn
stron
, przy zaB
o|
eniu |
e Rs1 = R oraz Xs1 = X . s2 s2 Zawarto[

sprawozdania " Strona tytuB
owa " Schematy pomiarowe " Tabele pomiarowe charakterystyk biegu jaB
owego i stanu zwarcia " Wykresy charakterystyk biegu jaB
owego i stanu zwarcia " Schemat zast
pczy transformatora " Obliczone parametry schematu zast
pczego " Wnioski Tabela pomiarowa U I P cos� [dz] [V] [dz] [A] [dz] [W] Lp 1 2 3 4 5 6 7 8