CW3_MT.pdf
(
436 KB
)
Pobierz
Ćw. 3
Badanie transformatora z
rdzeniem ferromagnetycznym
Katedra Elektrotechniki
Teoretycznej i Informatyki
Gdańsk, 2009
2
Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki
1.
CEL I ZAKRES ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości transformatora małej mocy z
rdzeniem ferromagnetycznym, a w szczególności: przekładni napięciowej, stanu biegu jało-
wego, stanu zwarcia i stanu obciążenia oraz przebiegów napięć i prądów w funkcji czasu, jak
również obserwacja pętli histerezy. Zakres ćwiczenia obejmuje:
•
przygotowanie do ćwiczenia polegające na narysowaniu schematu zastępczego transfor-
matora,
•
dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych,
•
połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu,
•
wykonanie pomiarów napięć, prądów i mocy zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie
3,
•
włączenie oscyloskopu w celu obserwacji i pomiaru napięć, prądów i pętli histerezy,
•
porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń,
•
opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia.
2.
PRZYGOTOWANIE DO ĆWICZENIA
Na podstawie informacji z wykładów oraz podanej literatury należy zapoznać się w wła-
ściwościami transformatorów małej mocy, zasadą działania i podstawowymi zależnościami
dla prądów i napięć. Narysować schematy zastępcze obwodów przewidzianych do badań i
narysować tablice pomiarowe.
Schemat zastępczy transformatora sprowadzony do strony pierwotnej, obciążonego im-
pedancją
Z
L
, przedstawiono na rys. 1.
I
0
I
1
R
1
X
1
X
2
’
R
’
I
’
U
1
R
Fe
X
Z
’
U
2
’
I
Fe
I
U
1M
=
U
2
’
Rys. 1. Schemat zastępczy transformatora sprowadzony do strony pierwotnej, przy obciążeniu impe-
dancją
Z
L
Przy sprowadzaniu parametrów strony wtórnej transformatora do strony pierwotnej obo-
wiązują następujące zależności:
1
z
'
'
2
'
2
2
'
2
L
'
2
1
U
=
ϑ
U
I
=
I
X
=
ϑ
X
R
=
ϑ
R
Z
=
ϑ
Z
ϑ
,
,
,
,
,
2
2
2
2
2
2
L
ϑ
z
2
przy czym ϑ jest przekładnią zwojową transformatora, gdzie z
1
– liczba zwojów uzwojenia
pierwotnego, z
2
– liczba zwojów uzwojenia wtórnego.
Wartości parametrów gałęzi poprzecznej schematu zastępczego transformatora wyzna-
czamy z tzw. próby biegu jałowego (rys. 2).
3
Badanie transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym
Rys. 2. Schemat połączeń dla próby biegu jałowego transformatora
Wykorzystuje się tu fakt, że impedancja gałęzi podłużnej jest wielokrotnie mniejsza od impe-
dancji gałęzi poprzecznej – pomijamy jej spadki napięć i straty mocy. Parametry
R
Fe
oraz
X
µ
wyznaczamy zatem z zależności:
1n
2
U
U
U
0
Fe
2
1n
1n
I
=
I
=
I
−
I
X
=
.
R
=
,
,
,
Fe
Fe
µ
µ
∆P
R
I
0
Fe
µ
Wartości parametrów gałęzi podłużnej schematu zastępczego transformatora wyznacza-
my z tzw. próby zwarcia (rys. 3).
Rys. 3. Schemat połączeń dla próby zwarcia transformatora
Wykorzystuje się tu fakt, że impedancja gałęzi poprzecznej jest wielokrotnie większa od im-
pedancji gałęzi podłużnej – pomijamy jej prąd i straty mocy. Przyjmuje się ponadto, że
R
1
≈
R
2
’
oraz
X
1
≈
X
2
’
. Parametry
R
1
,
R
2
’
,
X
1
,
X
2
’
wyznaczamy z zależności:
(
) (
)
U
∆P
2
2
2
'
2
'
z
2
'
z
Z
=
R
+
R
+
X
+
X
=
R
+
R
=
,
,
z
1
1
1
1n
2
I
I
1n
(
)
2
2
'
z
2
'
X
+
X
=
Z
−
R
+
R
,
1
1
(
)
)
(
1
1
2
'
2
'
2
'
2
'
R
≈
R
=
R
+
R
X
≈
X
=
X
+
X
.
,
1
1
1
1
2
2
3.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Przygotowanie teoretyczne jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwi-
czenia. Sprawdzić rodzaj i zakres niezbędnych przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole
laboratoryjnym obwód pomiarowy według przyjętego schematu z rys. 4. Sprawdzić połączo-
ny obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu do sieci. Wykonać pomiary
4
Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki
napięć, prądów oraz mocy dla stanu biegu jałowego, stanu zwarcia i stanu obciążenia. Pomia-
ry biegu jałowego i stanu obciążenia wykonać dla znamionowego napięcia pierwotnego
U1=U
1n
. Stan zwarcia pomiarowego dla prądu znamionowego I1=I
1n
. W trakcie pomiarów
dokonywać ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były
możliwie najdokładniejsze. Włączyć do sieci oscyloskop i dokonać odpowiednich nastawień
jego zakresów. Według polecenia prowadzącego w układzie z rys. 1 obserwować przebiegi
napięć i prądów w różnych stanach pracy transformatora. Wykonać szkice przebiegów i zano-
tować odpowiednie wnioski. Połączyć układ według schematu z rys. 5. Włączyć na wejście X
oscyloskopu sygnał proporcjonalny do prądu w obwodzie, a na wejście Y sygnał proporcjo-
nalny do całki z napięcia na kondensatorze. Potrzeba całkowania napięcia wynika stąd, że
sygnał wejściowy na płytki Y oscyloskopu powinien być proporcjonalny do przebiegu induk-
cji magnetycznej w rdzeniu transformatora. W ten sposób na ekranie oscyloskopu pojawi się
przebieg będący pętlą histerezy rdzenia badanego transformatora. Naszkicować kształty pętli
histerezy w zależności od wartości napięcia pierwotnego. Zanotować odpowiednie wnioski.
Na rys. 4 i rys. 5 przedstawiono schematów pomiarowych obwodów do badań. W ukła-
dzie z rys. 4 odpowiednie stany pracy transformatora zapewnia się poprzez zmianę wartości
obciążenia strony wtórnej transformatora: stan biegu jałowego – strona wtórna rozwarta, stan
zwarcia – strona wtórna zwarta.
*
*
Tr
A1
W1
A2
W2
*
*
R
0
V2
V1
Osc.
220V
ATr
R
b
C
0
Rys. 4. Schemat pomiarowy do badania stanu biegu jałowego, stanu zwarcia i stanu obciążenia trans-
formatora
(przypadek obciążenia o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym
)
Atr – autotransformator, Tr – transformator badany, R
o
, C
o
– rezystancja i pojemność obciążenia,
R
b
– bocznik do podłączenia oscyloskopu, Osc. – oscyloskop
Tablica 1. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu biegu jałowego
Wyniki pomiarów
Wyniki obliczeń
Lp.
R
Fe
[Ω]
U1
[V]
I1
[A]
P1
[W]
U2
[V]
ϑ
[V/V]
X
µ
[Ω]
cosϕ
o
[--]
1
Tablica 2. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu zwarcia
Wyniki pomiarów
Wyniki obliczeń
Lp.
R
1
[Ω]
X
1
[Ω]
R
2
[Ω]
X
2
[Ω]
U1
[V]
I1
[A]
P1
[W]
I2
[A]
ϑ
I
[A/A]
cosϕ
z
[--]
1
5
Badanie transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym
Tablica 3. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu obciążenia
Lp.
U1
[V]
I1
[A]
P1
[W]
U2
[V]
I2
[A]
P2
[W]
ϑ
U
[V/V]
ϑ
I
[A/A]
η
[W/W]
cosϕ
1
[--]
cosϕ
2
[--]
1
R
Tr
Osc.
C
220V
ATr
R
b
Rys. 5. Schemat układu do obserwacji pętli histerezy
Atr – autotransformator, Tr – transformator badany, R
b
– bocznik,
R, C – rezystor i kondensator (gdzie R>>1/ωC), Osc. – oscyloskop
4.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
•
obliczenia i schematy wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia,
•
wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu,
•
wyniki pomiarów i obliczeń zestawione w tablicach wyników pomiarów i obliczeń,
•
wykonane szkice przebiegów prądów i napięć,
•
wykonane szkice pętli histerezy,
•
spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia.
Sprawozdanie - jedno dla odbywającej ćwiczenie grupy - należy złożyć w ciągu tygodnia
od wykonania ćwiczenia w laboratorium (podczas kolejnych zajęć w ramach przedmiotu).
5.
PYTANIA KONTROLNE
a)
Wyjaśnić według jakich praw fizycznych działa transformator. Podać odpowiednie wzory
i zależności.
b)Wyjaśnić fizyczny sens parametrów wyznaczanych podczas próby biegu jałowego i próby
zwarcia.
c)
Podać i uzasadnić przyczynę odkształcania się prądu pierwotnego podczas próby biegu
jałowego.
LITERATURA
[1] Pr. zb. : Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków. Podręcznik akademicki – Me-
chanika. WNT, Warszawa
[2] Poradnik Inżyniera Elektryka. Tom 1. WNT Warszawa
[3] Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki. WNT Warszawa
Plik z chomika:
piterek_17
Inne pliki z tego folderu:
CW4_MT.pdf
(1726 KB)
CW3_MT.pdf
(436 KB)
CW5_MT.pdf
(464 KB)
CW6_MT.pdf
(447 KB)
CW1_MT.pdf
(360 KB)
Inne foldery tego chomika:
Fizyka
Grafika inżynierska
Informatyka
J. Angielski
Materiałoznawstwo
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin