Sprawozdanie 202 - badanie transformatora PDF

Preview

Summary

badanie transformatora...

Description

Sprawozdanie z ćwiczenia 202 Wstęp teoretyczny Celem transformatora jest zmiana właściwości przepływającego prądu. Samo urządzenie składa się z uzwojeń: pierwotnego, czyli podłączonego do źródła napięcia, którego wartość należy zmienić, oraz uzwojenia wtórnego – na nim z kolei napięcie ma wartość zmienioną. Kolejnym elementem transformatora jest rdzeń ferromagnetyczny, który stanowi obwód magnetyczny dla przepływu prądu zmiennego poprzez uzwojenie pierwotne. Tam następuje indukcja elektromagnetyczna, na skutek której powstaje napięcie. W zasadzie ciężko byłoby sobie nam wyobrazić świat bez istnienia transformatorów gdyż na przykład niezbędne są one do produkcji różnego rodzaju zasilaczy. Mówiąc o transformatorach, musimy znać takie pojęcia jak: Stany pracy transformatora czy przekładnia transformatora, którą pokażę w tym sprawozdaniu. Całe zadanie będzie oparte na pomiarach z uzwojeniem pierwotnym mającym 600 zwojów oraz wtórnym posiadającym 200 zwojów.

Pomiary Stan jałowy występuje kiedy transformator zasilony jest napięciem pierwotnym a zaciski uzwojenia wtórnego pozostają rozwarte, innymi słowy nic nie jest podłączone pod to uzwojenie. Pomiary napięć na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym prezentuje następująca tabela. Lp.

Napięcie źródła [V]

Napięcie pierwotne U1 [V]

Napięcie wtórne U2 [V]

1

1,000

1,137

0,347

2

2,000

2,272

0,697

3

3,000

3,407

1,052

4

4,000

4,530

1,408

5

5,000

5,680

1,767

6

6,000

6,810

2,126

7

7,000

7,950

2,489

8

8,000

9,080

2,848

9

9,000

10,230

3,213

10

10,000

11,350

3,570

Tabela 1 Przykład transformatora w stanie jałowym:

Stan zwarcia występuje wówczas gdy jedno z uzwojeń transformatora zasilone jest ze źródła energii elektrycznej, a zaciski drugiego zostają zwarte. Napięcie na zaciskach uzwojenia zwartego jest równe zeru choć prąd płynie nadal. W takim przypadku nie występuje oddawanie mocy do odbiornika a jedynie przetwarza się ona na ciepło. Pomiary prądów wyglądają następująco: Lp.

Napięcie Źródła [V]

Prąd I1

Prąd I2

1

1

0,018

0,051

2

2

0,038

0,105

3

3

0,057

1,161

4

4

0,078

0,217

5

5

0,098

0,274

6

6

0,118

0,328

7

7

0,138

0,385

8

8

0,158

0,442

9

9

0,178

0,498

10

10

0,198

0,556

Tabela 2

I1 - prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym I2 - prąd płynący w uzwojeniu wtórnym Przykład transformatora w stanie zwarcia:

Stan obciążony to stan w którym transformator ma podłączony jakiś odbiornik na zaciski uzwojenia wtórnego. W przypadku badań transformatora doskonale

sprawdza się odbiornik z możliwością regulacji rezystancji, dzięki czemu można wykonać kilkanaście kombinacji dla uzyskania bardziej wiarygodnych pomiarów.

Lp.

Rezystancja [Ω]

U1 [V]

U2 [V]

I1 [A]

I2 [A]

1

2

4,47

0,387

0,072

0,201

2

4

4,47

0,712

0,059

0,161

3

6

4,47

0,876

0,05

0,135

4

8

4,48

1,006

0,041

0,111

5

10

4,47

1,073

0,036

0,097

6

12

4,47

1,123

0,033

0,086

7

14

4,48

1,157

0,03

0,077

8

16

4,47

1,184

0,028

0,07

9

18

4,47

1,210

0,026

0,063

10

20

4,49

1,232

0,024

0,057

11

22

4,49

1,246

0,022

0,053

12

24

4,48

1,258

0,021

0,049

13

26

4,48

1,272

0,02

0,045

Tabela 3 I1 - prąd w uzwojeniu pierwotnym I2 - prąd w uzwojeniu wtórnym U1 - napięcie na uzwojeniu pierwotnym U2 - napięcie na uzwojeniu wtórnym

Przykład transformatora w stanie obciążonym:

Wykres zależności napięcia wtórnego do napięcia pierwotnego w stanie jałowym:

Badanie przekładni transformatora: Wartość przekładni danego transformatora liczymy za pomocą wzoru: n1 n2 gdzie: K=

n1 - ilość zwojów na uzwojeniu pierwotnym n2 - ilość zwojów na uzwojeniu wtórnym Prawdziwe również będzie równanie: U 1 n1 = U 2 n2 gdzie:

K=

U1 - napięcie na uzwojeniu pierwotnym U2 - napięcie na uzwojeniu wtórnym Równanie zadziała tylko w teorii, gdyż w rzeczywistości wynik będzie się nieco różnił uwzględniając niepewności pomiarowe i rezystancje wewnętrzne transformatora. Obliczenia przekładni dla napięć z tabeli 1

Lp.

Przekładnia K

1

3,277

2

3,260

3

3,239

4

3,217

5

3,214

6

3,203

7

3,194

8

3,188

9

3,184

10

3,179 Tabela 4

Przykład obliczeń dla pomiaru 4:

K=

U1 U2

=

4,530 =3,217 1,408

Teoretycznie wartość powyższych działań powinna wynosić 3 gdyż:

K=

n1 600 =3 = n2 200

Ale tak jak już wspomniałem, musimy brać pod uwagę wartość niepewności pomiarowej którą wyliczymy ze wzoru:

�x =√❑ gdzie: x1,2,3 - liczby porządkowe pomiarów n - ilość wykonanych pomiarów Podstawiając pod wzór otrzymamy następujące wyniki:

�x =√❑

≈ 0,03

a zatem zgodnie z założeniami, wynik nieco odbiega od teorii:

Teoretyczna wartość przekładni = 3 Wartość przekładni z pomiarów = 3,216 ± 0,03 Poniżej została przedstawiona zależność prądu na uzwojeniu pierwotnym do prądu na uzwojeniu wtórnym transformatora w stanie zwarcia oraz w stanie obciążonym:

Zależność napięcia od natężenia prądu w obwodzie wtórnym w stanie obciążenia:

Opisy wykresów: - Wykres zależności napięcia wtórnego do napięcia pierwotnego: na wykresie można zauważyć sytuację w której napięcie wtórne wzrasta proporcjonalnie do napięcia pierwotnego zachowując przy tym parametry przekładni transformatora. Z tego wykresu, możemy wywnioskować, że badany transformator obniża napięcie. -

Wykres zależności natężenia prądu na uzwojeniu pierwotnym a natężenia prądu na uzwojeniu wtórnym w stanie zwarcia: Prąd na uzwojeniu wtórnym jest większy niż na uzwojeniu pierwotnym a wszystko to dzieje się wskutek obniżenia napięcia na tym uzwojeniu. -

Wykres zależności natężenia prądu na uzwojeniu pierwotnym a natężenia prądu na uzwojeniu wtórnym w stanie obciążonym: Natężenie prądu będzie coraz niższe na skutek wzrostu napięcia w uzwojeniu wtórnym. -

Wykres zależności napięcia od natężenia prądu w uzwojeniu wtórnym w stanie obciążenia: Podobnie jak wyżej, napięcie wzrasta powodując spadek natężenia prądu w tym uzwojeniu. Wyznaczenie sprawności transformatora ze wzoru:

η=

P2 P1

x 100%

Tabela sprawności dla poszczególnych pomiarów:

Lp.

Moc P1

Moc P2

Sprawność η [%]

1

0,322

0,078

24,17

2

0,264

0,115

43,47

3

0,224

0,118

52,91

4

0,184

0,112

60,79

5

0,161

0,104

64,68

6

0,148

0,097

65,47

7

0,134

0,089

66,29

8

0,125

0,083

66,22

9

0,116

0,076

65,59

10

0,108

0,070

65,17

11

0,099

0,066

66,85

12

0,094

0,062

65,52

13

0,090

0,057

63,88

Wnioski: Badanie transformatora zostało opracowanie według instrukcji ze strony Pracowni Fizycznej i można z niego wyciągnąć następujące wnioski: Badanie pozwoliło nam dowieść, że przekładnia transformatora wyliczona z pomiarów, będzie się nieco różnić od założeń teoretycznych dlatego, że Teoria opiera się na elementach idealnych i nie uwzględnia błędów i zużycia urządzeń pomiarowych, warunków atmosferycznych panujących w laboratorium, sprawności urządzenia badanego czy też błędu zaokrąglenia osoby wykonującej pomiary. Transformator w stanie jałowym pozwoli na zbadanie napięcia na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym (tzw. wejścia i wyjścia) lecz uniemożliwi pomiar natężenia prądu dlatego, że prąd nie będzie mógł się tam pojawić bo dla stanu jałowego, charakterystyczny jest brak odbiornika i wolne zaciski uzwojenia wtórnego. Stan zwarcia natomiast umożliwi pomiar prądu. Napięcie na zaciskach uzwojenia zwartego będzie równe zeru i chociaż prąd będzie płynął, to energia nie będzie oddawana do zewnętrznego odbiornika. Całkowita moc pobierana przez transformator w stanie zwarcia pokrywa wyłącznie powstałe straty. Wytworzy się wówczas ciepło. Stan obciążony pozwala na pomiar napięcia oraz natężenia na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym i jest on niezbędny do wyliczenia sprawności transformatora

badanego. W moim przypadku, transformator osiągnął najwyższą sprawność wysokości 66,29% przy parametrach rezystancji odbiornika równej 14Ω i napięciu źródła 4,48V....