laboratorium elektrotechniki - Zakład Obwodów i Sygnałów
advertisement
Grupa Lp. 1. 2. 3. 4. 5. Temat LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH Podgrupa Numer ćwiczenia Nazwisko i imię Ocena Data wykonania ćwiczenia Podpis prowadzącego zajęcia Data oddania sprawozdania 1 Badanie transformatora jednofazowego PROTOKÓŁ/SPRAWOZDANIE 1. Spis przyrządów wykorzystywanych w pomiarach Oznaczenie Lp. przyrządu na schemacie 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. V V1 V2 A A1 A2 W1,W2 Nazwa przyrządu Typ przyrządu i ustroju pomiarowego Klasa i dokładność przyrządu Zakresy pomiarowe przyrządu Numer fabryczny przyrządu woltomierz woltomierz woltomierz amperomierz amperomierz amperomierz 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 U 2 z2 E2 U1 z1 E1 (1) Pomijając spadek napięcia wywołany prądem jałowym, stosunek napięć jest równy stosunkowi liczby zwojów uzwojenia wyższego napięcia z2 do liczby zwojów uzwojenia niższego 1 napięcia z1 i równy stosunkowi odpowiednich napięć indukowanych. Przekładnię transformatora 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 Lp 1 2 3 4 5 U1 [V] U2 [V] śr = Pomiar rezystancji uzwojeń - U1 [V] I1 [A] R1śr = R1 [Ω] U2 [V] I2 R2 [A] [Ω] R2śr = Rezystancję uzwojeń (pierwotnego i wtórnego) transformatora mierzymy metodą techniczną tj. przez pomiar prądu i napięcia przy zasilaniu uzwojeń transformatora ze źródła napięcia stałego. 2 Dla kilku napięć odczytujemy wartości prądu i obliczamy rezystancję uzwojenia( z prawa Ohma) jako wartość średnią z wykonanych pomiarów. Otrzymane wyniki notujemy w tabeli 1. Dla pomiarów napięć otrzymanych przy zasilaniu jednego z uzwojeń transformatora prądem przemiennym obliczamy przekładnię z zależności U2 (gdzie U 2 jest napięciem wyższym) i U1 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 P10 i współczynnika mocy cos 0 od napięcia przyłożonego do jednych zacisków przy drugich zaciskach otwartych ( I 2 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. 3 Tabela 2 I2 0 P cos 0 10 U10 I10 f = const, U10 I10 P10 Pcu1 PFe P10 PCu1 [W] Wyniki obliczeń [W] Lp. [V] [A] [W] Wyniki pomiarów - 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. W oparciu o otrzymane wyniki należy obliczyć cos 0 oraz straty mocy na rezystancji 2 uzwojenia pierwotnego PCu1 R1I10 oraz przybliżone straty w obwodzie magnetycznym przy pominięciu strat w izolacji. Na podstawie uzyskanych wyników należy wykreślić P10 , I10 , cos 0 f (U10 ) przy I 2 0 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. 4 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 określić straty w jego uzwojeniach. Charakterystykami zwarcia nazywamy zależność: mocy Pz , napięcia zasilającego U z oraz współczynnika mocy cos z od prądu pobranego z sieci I z przy zwartym uzwojeniu wtórnym ( U 2 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 Iz Pz [V] [A] [W] cos z Pz UzIz [] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń należy wykreślić w jednym układzie współrzędnych zależności: Pz , U z , cos z f ( I z ) przy U 2 0 . Dla największego napięcia U z odczytać z charakterystyki PFe f (U10 ) stanu jałowego moc strat w obwodzie magnetycznym dla 5 tego napięcia i określić ich udział w stratach przy próbie zwarcia jako stosunek PFe . Przykładowe Pz 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 U 2 i sprawności η w funkcji prądu obciążenia I 2 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 ( cos 2 1 ), 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 ( I 2 0 ), a następnie zamykamy łącznik Ł przy maksymalnej rezystancji odbiornika i zmniejszając rezystancję Rob zwiększamy tym samym prąd obciążenia I 2 do 1,2 I 2 N . Przy określonych wartościach prądu odczytujemy napięcie wtórne U 2 i moc pobraną przez transformator P1 a wyniki notujemy w tabeli 4. Tabela 4 Lp. U1N = const = ……….[V]; Wyniki pomiarów U2 P1 I2 [V] [A] [W] 6 cos 2 1 Wyniki obliczeń U 2ob P2 [V] [W] [%] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów i obliczeń należy wykreślić U 2 , f ( I 2 ) przy U1 U1N . Sprawność η oblicza się ze wzoru P2 100% , P1 gdzie P2 U2I 2 , gdyż odbiornik jest odbiornikiem czynnym i cos2 1 . Przybliżone napięcie strony wtórnej transformatora U 2ob przy obciążeniu czynnym wyznacza się z zależności U 2ob U 20 I 2 Rz , sprowadzając rezystancję uzwojenia pierwotnego do strony wtórnej. We wzorze U 20 jest napięciem wtórnym w stanie jałowym, a Rz R2 R1' rezystancją zastępczą transformatora obliczoną jako suma rezystancji uzwojenia wtórnego R2 i rezystancji uzwojenia pierwotnego sprowadzonej do stronę wtórną R1' . Po dokonaniu obliczeń należy porównać wartości napięć pomierzonych U 2 i obliczonych U 2ob . Przykładowe przebiegi U 2 f ( I 2 ) i f ( I 2 ) charakterystyk przedstawiono w instrukcji laboratoryjnej. 7 oraz uzasadnienie przebiegów tych
