PROTOKÓŁ/SPRAWOZDANIE
1. Spis przyrządów wykorzystywanych w pomiarach
Lp. Oznaczenie przyrządu na
schemacie
Nazwa
przyrządu Typ
przyrządu i ustroju pomiarowego
Klasa i dokładność
przyrządu
Zakresy pomiarowe
przyrządu
Numer fabryczny przyrządu
1. V woltomierz
2. V1 woltomierz
3. V2 woltomierz
4. A amperomierz
5. A1 amperomierz
6. A2 amperomierz
7. W1,W2 watomierze
Dane transformatora i pozostałych elementów
2. Pomiar przekładni napięciowej oraz rezystancji uzwojeń
Przekładnią napięciową transformatora nazywamy stosunek napięć występujących na jego zaciskach w stanie jałowym. Dla transformatora zwiększającego napięcie przekładnie możemy wyznaczyć z zależności
1 2 1 2 1 2
E E z z U
U
(1)
Pomijając spadek napięcia wywołany prądem jałowym, stosunek napięć jest równy stosunkowi liczby zwojów uzwojenia wyższego napięcia z2 do liczby zwojów uzwojenia niższego napięcia z1 i równy stosunkowi odpowiednich napięć indukowanych. Przekładnię transformatora
LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH
Grupa Podgrupa Numer ćwiczenia 1
Lp. Nazwisko i imię Ocena Data wykonania
1. ćwiczenia
2. Podpis prowadzącego
3. zajęcia
4. Data oddania
5. sprawozdania
Temat
Badanie transformatora jednofazowego
wyznacza się z pomiaru napięć w stanie jałowym. Schemat połączeń układu pomiarowego przedstawiony jest na rys.1.
Rys.1. Schemat układu do wyznaczania przekładni napięciowej a) i pomiaru rezystancji uzwojeń b)
Po zamknięciu stycznika St zwiększa się napięcie za pomocą transformatora AT, odczytując wskazania woltomierzy V1 i V2 dla kilku wartości przyłączonego napięcia. Wyniki pomiarów notujemy w tabeli 1.
Tabela 1
Pomiar przekładni Pomiar rezystancji uzwojeń
Lp U1
U2
U1
I1 R1 U2 I2 R2
[V] [V] - [V] [A] [Ω] [V] [A] [Ω]
1 2 3 4 5
śr = R1śr = R2śr =
Rezystancję uzwojeń (pierwotnego i wtórnego) transformatora mierzymy metodą techniczną tj. przez pomiar prądu i napięcia przy zasilaniu uzwojeń transformatora ze źródła napięcia stałego.
Dla kilku napięć odczytujemy wartości prądu i obliczamy rezystancję uzwojenia( z prawa Ohma)
Dla pomiarów napięć otrzymanych przy zasilaniu jednego z uzwojeń transformatora prądem
przemiennym obliczamy przekładnię z zależności
1 2
U
U
(gdzie U2 jest napięciem wyższym) i obliczamy wartość średnią przekładni transformatora (jako średnią arytmetyczną ze wszystkich pomiarów).
Rezystancje uzwojeń obliczamy jako stosunek napięcia do prądu przy zasilaniu uzwojeń ze źródła napięcia stałego. Średnie wartości rezystancji uzwojeń wyznaczamy w sposób analogiczny jak wartość średnią przekładni.
3. Pomiar charakterystyk w stanie jałowym
Charakterystykami stanu jałowego transformatora nazywamy zależność prądu w stanie jałowym I10, mocy pobranej P10i współczynnika mocy cos0 od napięcia przyłożonego do jednych zacisków przy drugich zaciskach otwartych (I2 0) i przy stałej częstotliwości napięcia zasilającego (f = const).
Rys.2. Schemat układu do pomiaru charakterystyk stanu jałowego
W celu wyznaczenia tych charakterystyk układ pomiarowy łączymy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.2. W układzie pomiarowym może być wykorzystany woltomierz, amperomierz i watomierz jako oddzielne przyrządy wskazówkowe lub zintegrowany przyrząd elektroniczny.
Przed załączeniem napięcia stycznikiem St autotransformator ustawiamy w położeniu minimalnego napięcia. Zwiększając napięcie zasilające od około (0,2 do 1,2) UN odczytujemy wskazania przyrządów pomiarowych i wyniki notujemy w tabeli 2.
Tabela 2 f = const,
I2 0
Lp.
U10 I10
P10
10 10 0 10
cos U I
P
Pcu1
1 10 Cu
Fe P P
P
[V] [A] [W] - [W] [W]
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
W oparciu o otrzymane wyniki należy obliczyć cos0 oraz straty mocy na rezystancji uzwojenia pierwotnego PCu1 R1I102 oraz przybliżone straty w obwodzie magnetycznym przy pominięciu strat w izolacji.
Na podstawie uzyskanych wyników należy wykreślić P10, I10, cos0 f(U10) przy
20
I i f = const w jednym układzie współrzędnych. Przy analizie wyników zwrócić uwagę na wartości mocy traconej w uzwojeniu pierwotnym transformatora Pcu1 w stosunku do mocy pobranej w stanie jałowym P10. Jak już wykazano moc pobrana przez transformator w stanie jałowym jest spowodowana stratami głównie w obwodzie magnetycznym. Dokładniejsze obliczenia strat mocy w obwodzie magnetycznym otrzymamy po odjęciu od mocy pobranej przez transformator w stanie jałowym strat mocy w uzwojeniu zasilanym i oszacowane straty w izolacji.
Przykładowe przebiegi charakterystyk w stanie jałowym oraz uzasadnienie tych przebiegów przedstawiono w części teoretycznej instrukcji laboratoryjnej.
4. Pomiar charakterystyk przy próbie zwarcia
Próbę zwarcia wykonuje się do takiego napięcia zasilającego jedno z uzwojeń przy zwartym drugim uzwojeniu, aby w uzwojeniach transformatora wystąpił prąd o wartościach znamionowych.
Napięcie to, zwane napięciem zwarcia, jest bardzo małe i stanowi zwykle zaledwie od kilku do kilkunastu procent napięcia znamionowego.
Pomiar mocy pobranej przez transformator przy próbie zwarcia pozwala w przybliżeniu
napięcia zasilającego Uzoraz współczynnika mocy cosz od prądu pobranego z sieci Iz przy zwartym uzwojeniu wtórnym (U2 0). Jako uzwojenie pierwotne należy przyjąć uzwojenie wyższego napięcia w celu zwiększenia dokładności pomiarów.
Przed pomiarem charakterystyk zwarcia łączymy układ zgodnie ze schematem pokazanym na rys. 3.
Rys.3. Schemat układu do wyznaczania charakterystyk stanu zwarcia
Przed załączeniem napięcia stycznikiem St autotransformator AT ustawiamy w położeniu minimalnego napięcia. Po zamknięciu stycznika autotransformatorem zwiększamy napięcie zasilające tak, aby prąd zmieniał się w przedziale od około (0,2 do 1,2) IN. Wyniki pomiarów notujemy w tabeli 3.
Tabela 3
Lp. Uz z
I Pz
z z z U zI
P cos
[V] [A] [W] []
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń należy wykreślić w jednym układzie współrzędnych zależności: Pz, Uz, cosz f(Iz) przy U2 0. Dla największego napięcia Uz odczytać z charakterystyki PFe f(U10) stanu jałowego moc strat w obwodzie magnetycznym dla
tego napięcia i określić ich udział w stratach przy próbie zwarcia jako stosunek
z Fe
P
P . Przykładowe
przebiegi charakterystyk przy próbie zwarcia oraz uzasadnienie tych przebiegów pokazano w części teoretycznej instrukcji laboratoryjnej.
5. Pomiar charakterystyki zewnętrznej
Charakterystyką zewnętrzną transformatora nazywamy zależności napięcia wyjściowego U2 i sprawności η w funkcji prądu obciążenia I2 przy stałej wartości napięcia zasilającego U1N oraz stałym cos2. Pomiary wykonujemy w układzie pomiarowym połączonym zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.4.
Rys.4. Schemat układu do wyznaczania charakterystyki zewnętrznej
Pomiaru charakterystyki zewnętrznej transformatora dokonuje się przy obciążeniu czynnym ( 1
cos2 ), gdyż odbiornikami są rezystory suwakowe. Uzwojeniem pierwotnym jest uzwojenie dolnego napięcia. Przed rozpoczęciem pomiarów autotransformator AT ustawiamy na minimum napięcia. Po zamknięciu stycznika St ustawiamy autotransformatorem znamionowe napięcie zasilania U1N, utrzymując jego stałą wartość przez cały czas pomiarów. Pierwszych pomiarów dokonujemy bez obciążenia (I2 0), a następnie zamykamy łącznik Ł przy maksymalnej rezystancji odbiornika i zmniejszając rezystancję Rob zwiększamy tym samym prąd obciążenia I2 do 1,2 I2N. Przy określonych wartościach prądu odczytujemy napięcie wtórne U2 i moc pobraną przez transformator P1 a wyniki notujemy w tabeli 4.
Tabela 4
U1N = const = ……….[V]; cos21
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
Lp. U2 I2 P1 U2ob P2
[V] [A] [W] [V] [W] [%]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
10.
Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów i obliczeń należy wykreślić U2, f(I2) przy U1U1N. Sprawność η oblicza się ze wzoru
% 100
1 2
P
P ,
gdzie P2U2I2, gdyż odbiornik jest odbiornikiem czynnym i cos21.
Przybliżone napięcie strony wtórnej transformatora U2ob przy obciążeniu czynnym wyznacza się z zależności
z
ob U I R
U2 20 2 ,
sprowadzając rezystancję uzwojenia pierwotnego do strony wtórnej. We wzorze U20 jest napięciem wtórnym w stanie jałowym, a Rz R2R1' rezystancją zastępczą transformatora obliczoną jako suma rezystancji uzwojenia wtórnego R2i rezystancji uzwojenia pierwotnego sprowadzonej do stronę wtórną R1'. Po dokonaniu obliczeń należy porównać wartości napięć pomierzonych U2 i obliczonych U2ob.
Przykładowe przebiegi U2 f(I2) i f(I2) oraz uzasadnienie przebiegów tych charakterystyk przedstawiono w instrukcji laboratoryjnej.
