ZADÁNÍ: ÚVOD: SCHÉMA: POPIS MĚŘENÍ:

Transkript

1 ZADÁNÍ: Na danném síťovém transformátoru změřte a vypočtěte následující parametry: 1) Převod a příkon 2) Zatěžovací charakteristiku 3) Účinnost 4) Ztrátový výkon (ztráty v mědi a železe) 5) Vnitřní odpor (zvolte v střední části zatěžovací charakteristiky) 6) Oteplení transformátoru 7) Ztrátový výkon měřte do jmenovitého zatížení. Vnitřní odpor určete graficky ze zatěžovací charakteristiky a zkontrolujte výpočtem. Oteplení určete ze změny odporu vinutí na začátku a na konci měření. Vyneste graf závislostí U 2 =f(i 2 ), η= f(i 2 ) a P 2 = f(i 2 ). ÚVOD: Transformátor se skládá z magnetického obvodu a z vinutí. Magnetické obvody nově konstruovaných transformátorů využívaných ve slaboproudé technice jsou tvořeny jádry C stejného provedení jako jádra nízkofrekvenčních tlumivek. S výjimkou některých sdělovacích transformátotů, jejichž vinutím prochází určitá stejnosměrná složka proudu, není magnetický obvod přerušen vzduchovou mezerou. Vinutí transformátoru se skládá z primární cívky a jedné nebo několika cívek sekundárních. Cívky jsou navinuty na jedné nabo několika samostatných kostrách. Transformátor má dvě základní funkce: 1) transformaci (změnu velikosti) napětí, proudu a impedance 2) galvanické oddělení obvodu sekundárního od primárního SCHÉMA: I 1 A I ~ W ~ 2 A ~ R Z1 Z ~ V ~ V ~ R Z2 POPIS MĚŘENÍ: Regulací zdroje udržujeme konstantní vstupní napětí. Proměnnými rezistory R Z1, R Z2 měníme zatěžovací proud v celém rozsahu dovoleného zatížení. Na wattmetru W odečítáme příkon a z naměřených hodnot spočítáme ztrátu P Z a účinost η. Z naměřených a vypočtených hodnot vypočítáme ztrátový výkon a účinnost. Ze zatěžovací charakteristiky

2 určíme graficky vnitřní odpor transformátoru a tuto hodnotu ještě ověříme výpočtem z naměřených hodnot odporu primáru a sekundáru. 1) Převod určíme: U1 p = U2 U 1 - napětí primáru, při odpojeném sekundáru U 2 - napětí sekundáru, pokuď z něj neodbíráme proud Příkon musíme odečíst z wattmetru W, protože kdybychom ho chtěli spočítat pomocí součinu produ a napětí (I 1 U 1 ), nezískali bychom činný výkon, ale zdánlivý výkon. 2) Zatěžovací charakteristiku určíme funkcí: U 2 = f(i 2 ) 3) Účinnost lze spočítat: η= P 2 P1 P 2 - výkon sekundáru P 1 - příkon primáru Charakteristika je určena funkcí: η = f(i 2 ) 4) Ztrátový výkon: a) v železe, je vlatně příkon primáru, pokuď ze sekundáru neodebíráme žádný proud b) v mědi získáme: PZCu = P1 PZFe ; P1 - příkon primáru; P ZFe ztráty v železe Celkový ztrátový výkon je dán vztahem: P P P Z = 1 2 P 1 - příkon primáru P 2 - výkon sekundáru Charakteristika je danná funkcí: P Z = f(i 2 ) 5) Vnitřní odpor určíme: R ipr i Ri = RiSec + 2 p R isec - vnitřní odpor sekundáru R ipri - vnitřní odpor primáru p - převod transformátoru 6) Pro změření oteplení je potřeba, aby se změril vnitřní odpor primáru i sekundáru před a po měření. Potom se hodnoty odporů dosadí do vzorečků a vypočte se z nich oteplení primáru a sekundáru. Pro oteplení primarů a sekundáru platí stejný vzorec:

3 t = RP R R α α =,4 R P - odpor vinutí před měřením R - odpor vinutí po měření t - oteplení NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY: Spočítali jsme si maximální výkon sekundáru: P SMax =S 2 =3,5*2,6=82,81W Zdrojem Z jsme udržovali konstatní napětí U 1 (2 V~). Bez připojené zátěže jsme si změřili napětí na sekundáru (31,6V~). Z toho jsme si vypočítali maximálni proud sekundáru: PSM max 82, 81 I 2 max = = = 262, A US max 31, 6 US Dále jsme si spočítali maximální odpor zátěže: R = max MAX I = 31, 6 = 122 Ω MIN, 262 Rezistor R Z1 jsme si zvolili: 15Ω Rezistor R Z2 jsme si zvolili: 16Ω Zatežovacími rezistory jsme měnili sekundární proud I 2 v rozmezí,262 2,63 A. Příkon transformátoru P 1 jsme měřili wattmetrem W. Naměřené a vypočtené hodnoty vykazuje tabulka č výkon sekundáru P 2 = U2 I2 = 29, 7 1, 31 = 46, 75W - ztrátový výkon P Z = P1 P2 = 43 38, 91 = 4, 9W - účinnost η = P 2 38, 91 1 = 1 = 9, 48% P1 43 Tabulka č. 1 - Naměřené a vypočtené hodnoty I 2 [ma],262,524,786 1,48 1,31 1,59 1,85 2,9 2,36 2,62 U 2 [V] 31,6 31,1 3,7 3,5 3,2 29,7 29,4 29,2 28,7 28,5 28, I 1 [ma] ,5 187, P 1 [W] ,5 26, , P 2 [W] 8,15 16,9 23,97 31,65 38,91 46,75 54,2 59,98 67,26 73,36 P Z [W] 3 2,85 2,41 2,53 3,35 4,9 5,75 6,98 1,2 1,74 13,36 η [%] 74,7 86,96 9,46 9,43 9,48 89,4 88,56 85,69 86,23 84,32 - převod p = U 1 22 = = 7 U2 31, 6 - ztráty v železe jsou 3W (P Z při I 2 = A)

4 Vnitřní odpor transformátoru Bod jsme si zvolili u grafu č. 1 v x-ové hodnotě 1,31A a k němu jsme udělali tečnu. Potom jsme spočítali vnitřní odpor: U 3, 5 29, 1 R I = = = 1,3158Ω I 1, 85, 786 K matematickému spočítaní vnitřního odporu transformátorů použijeme hodnoty odporů primaru i sekundáru po měření, protože již při měření charakteristik byl transformátor ohřátý. R ipr i 23, 8 - vnitřní odpor R i = R isec + 2 = 1, + 2 = 1,4857Ω p 7 Oteplení transformátoru Během měření, které trvalo 3 minut, se transformátor ohřál v důsledku odebírání proudu ze sekundáru. Ohřátí ukazuje tabulka č oteplení t = R R P R α = 22, 8 23, 8 22, 8, 4 11 C Tabulka č. 2 - Oteplení transformátoru Veličina Primár Sekundár Odpor před měřením [Ω] 22,8,9 Odpor po měření [Ω] 23,8 1, Oteplení [ C] ZÁVĚR: Transformátor se během měření zahříval. To se projevilo jeho změnou odporu, a proto jsme mohli spočítat jeho oteplení, které vyšlo u primáru 11 a u sekundáru 27 stupňů Celsia. Při měření tedy může dojít k nepřesnostem, které se mohou projevit v naměřených hodnotách přávě kvůli oteplení měření charakteristik transformátoru by mělo být co nejkratší. Zatěžovací charakteristika transformátoru (graf č. 1) ukazuje, že s roustoucím odebíraným proudem I 2 ze sekundáru se zmenšuje napětí U 2 na sekundáru měkký zdroj. V našem případě byl pokles napětí při maximálním odběru proudu 3,6V. Z grafu č. 2 (účinnost transformátoru) jsme vyčetli, že exituje určitý pracovní bod (u nás 1,31A), při kterém je účinnost největší. Znamená to tedy, že kdybychom si odebírali proud právě v tomto pracovním bodě, byly by ztráty nejmenší. To však v praxi není možné, protože z transformátoru chceme odebírat proud v určitém rozsahu. U našeho transformátoru neklesla účinnost po dosažení pracovního bodu pod 8%. Graf č.3 (ztráty v transformátoru) vykazuje, že s roustoucím odebíraným proudem ze sekundáru vznikají větší ztráty. U nás činili ztráty v železe 3W.

5

6 Graf č.1 - Zatěžovací charakteristika transformátoru U 2 [V] ,262,524,786 1,48 1,31 1,59 1,85 2,9 2,36 2,62 I 2 [A] Česák Petr 3.B

7 Graf č. 2 - Účinnost transformátoru [%] ,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 I 2 [A] Česák Petr 3.B

8 Graf č. 3 - Ztráty v transformátoru P Z [W] 6 4 2,262,524,786 1,48 1,31 1,59 1,85 2,9 2,36 2,62 I 2 [A] Česák Petr 3.B