Elektrotechnika - ćwiczenie nr 3

Badanie transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym

Mechatronika grupa 3A:

Osowski Piotr

Owsianko Piotr

Penk Bartłomiej

Przybylski Piotr

Romanowski Maciej

Schemat zastępczy transformatora sprowadzony do strony pierwotnej, obciążonego impedancją ZL, przedstawia się następująco:

Przy sprowadzaniu parametrów strony wtórnej transformatora do strony pierwotnej obowiązują następujące zależności:

przy czym ϑ jest przekładnią zwojową transformatora, gdzie z1 - liczba zwojów uzwojenia

pierwotnego, z2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego.

1. Próba biegu jałowego

Wartości parametrów gałęzi poprzecznej schematu zastępczego transformatora wyznaczamy

z tzw. próby biegu jałowego, której schemat połączeń został zaprezentowany na rysunku poniżej:

Wykorzystuje się tu fakt, że impedancja gałęzi podłużnej jest wielokrotnie mniejsza od impedancji

gałęzi poprzecznej - pomijamy jej spadki napięć i straty mocy. Parametry RFe oraz Xμ

wyznaczamy zatem z zależności:

Wyniki pomiarów i obliczeń stanu biegu jałowego:

Wyniki pomiarów				Wyniki obliczeń
U1[V]	I1[A]	P1[W]	U2[V]	ϑ[V/V]	RFe[Ω]	Xμ[Ω]	cosϕo[--]
230	0,38	15	221	1,04	3526,7	613,3	0,172

2. Próba zwarcia

Wartości parametrów gałęzi podłużnej schematu zastępczego transformatora wyznaczamy tzw. próby zwarcia, której schemat próby połączeń został przedstawiany na rysunku poniżej:

Wykorzystuje się tu fakt, że impedancja gałęzi poprzecznej jest wielokrotnie większa od impedancji gałęzi podłużnej - pomijamy jej prąd i straty mocy. Przyjmuje się ponadto, że R1≈R2'oraz X1≈X2'. Parametry R1, R2', X1, X2' wyznaczamy z zależności:

Wyniki pomiarów			Wyniki obliczeń
U1[V]	I1[A]	P1[W]	R1[Ω]	X1[Ω]	R2[Ω]	X2[Ω]	cosϕz [--]
45,5	6,5	40	0,473	3,47	0,473	3,47	0,135

Wnioski:

W trakcie pracy transformatora następuje częsciowa utrata mocy w jego rdzeniu I uzwojeniu wtórnym. Podczas próby biegu jałowego zaobserowaliśmy niekorzystne zjawisko histerezy magnetycznej w rdzeniu ferromagnetycznym, czyli wielokrotne namagnesowywanie rdzenia. Zjawisko to powoduje większe straty energii podczas przemagnesowywania oraz odkształcenie sinusoidalnego przebiegu napięcia co zaobserwowaliśmy na oscyloskopie I co przedstawia jeden ze szkiców wykresów. Wzrost natężenia prądu płynącego przez transformator powoduje wzrost natężenia pola magnetycznego co z kolei powoduje większe straty.

Pętla histerezy wyznaczyliśmy za pomocą układu całkującego ładunek elektryczny podczas sinusoidalnej pulsacji obwodu po stronie uzwojenia wtórnego wskazujący wielkość proporcjonalną do B i urządzenie, które na podstawie prądu płynącego w uzwojeniu pierwotnym wskazuje wielkość proporcjonalną do H:

Wnioski końcowe:

Transformator przy obciążeniu nieprzekraczającemu znacznie obciążenia znamionowego przekazuje energię z niewielkimi stratami mocy, spełniając swoją funkcję w obwodzie elektrycznym. Natomiast, gdy obciążenie będzie znaczne, wówczas można zauważyć zjawisko magnesowania się rdzenia, zgodnie z wykresem pętli histerezy. Wpływa to znacznie na straty mocy i kształt prądu w uzwojeniu pierwotnym. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko dla obwodu elektrycznego sinusoidalnie zmiennego, dlatego należy go unikać.

09.05.2011r.

---