LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

Transkript

1 LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA Transformátor Měření zatěžovací a převodní charakteristiky. Zadání. Změřte zatěžovací charakteristiku transformátoru a graficky znázorněte závislost U (I ) při konstantním napájecím napětí. a. Určete transformační poměr transformátoru. b. Změřte parazitní kapacitu C p mezi primárním a sekundárním vinutím.. Změřte převodní charakteristiku transformátoru a graficky znázorněte závislost U (U ). 3. Ohmovou metodou pro malé odpory určete odpor vinutí primární a sekundární cívky.. Teoretický rozbor Transformátor je elektrický netočivý stroj, který je určen především ke změně velikosti napětí, přiváděného na vstupní svorky. Dále může být použit ke změně protékajícího proudu a impedance. Frekvence se při transformaci nemění. Transformátor se skládá ze dvou cívek se společným jádrem, kde primární vinutí (vstupní strana) působí jako spotřebič elektrické energie a sekundární vinutí (výstupní strana) se chová jako zdroj vzhledem k zátěži. Přenos je zprostředkován pomocí elektromagnetické indukce. Obrázek : Náhradní schéma transformátoru (Zdroj: [])

2 3. Postup (měřicí metody, schémata zapojení a způsob výpočtu) Transformační poměr Podle rovnice ideálního transformátoru: p N N U U I I, kde U je napětí na primární cívce, I je proud primární cívkou a N je počet závitů primární cívky lze vypočítat transformační poměr p. Prvky analogicky označené indexem odpovídají sekundárnímu vinutí. Měření nakrátko a naprázdno Stav nakrátko je stavem transformátoru, při kterém jsou sekundární svorky zkratovány. Zkratový proud tekoucí sekundárním vinutím je dán tvrdostí transformátoru a je značně vysoký. Při měření určujeme napětí nakrátko. Důležitým prvkem při měření nakrátko jsou ztráty P K (ztráty nakrátko nebo ztráty ve vinutí) vznikající průchodem proudu vinutím a odpovídají činnému odporu vinutí. Obrázek : Schéma zapojení pro měření nakrátko Stav naprázdno je stavem transformátoru, při kterém je I = 0. Primárním vinutím protéká proud I 0 tzv. magnetizační, jenž je nutný pro vybuzení magnetického pole. Tento proud se skládá ze složky mající induktivní charakter a reprezentuje tak hlavni indukčnost a tedy i hlavní tok v magnetickém obvodu. Druhá složka proudu reprezentuje hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy. Obrázek : Schéma zapojení pro měření naprázdno

3 Převodní a zatěžovací charakteristika Převodní charakteristika udává závislost výstupního napětí (sekundární strana) na napětí vstupním (primární strana). Regulace napětí na vstupní straně se realizuje použitím regulačního autotransformátoru. Obrázek 3: Schéma zapojení pro měření převodní charakteristiky transformátoru Zatěžovací charakteristika transformátoru ukazuje, jak se mění výstupní napětí U se zatěžovacím proudem I a jak tvrdý transformátor je. Při měření se primární vinutí transformátoru připojí k síťovému napětí 30V/50Hz. Na sekundární straně se pak pomocí reostatu nastavuje velikost protékajícího proudu a zaznamenává se hodnota napětí. Obrázek 4: Schéma zapojení pro měření zatěžovací charakteristiky transformátoru Odpor vinutí primární a sekundární cívky Odpory primárního a sekundárního vinutí určíme Ohmovou metodou pro malé odpory tak, že k obvodu připojíme zdroj stejnosměrného napětí a zaznamenáme hodnoty procházejícího proudu a napětí. Podílem pak určíme velikost činných odporů primární a sekundární cívky. 4. Pomůcky Přístroj Autotransformátor Digitální multimetr Multimetr Multimetr Reostat Laboratorní zdroj Označení ATR A, A V, V V RZ Z

4 5. Naměřené a vypočtené hodnoty ) Výpočet transformačního poměru transformátoru: U = 30 V, U 0 = 9,93 V p = U U 0 p = 30 9,93 p = 3,6 Měření zatěžovací charakteristiky U 0 = 9,93 V I [ma] U [V] 9,76 9,56 9,36 9,6 8,96 8,74 8,56 8,33 8,3 7,77 Měření parazitní kapacity C p C p=3, pf ) Měření převodní charakteristiky U [V] U [V] 0,9,75,63 3,53 4,4 5,6 6,6 7,03 7,9 8,76 9,6 I [ma] 0,40 0,56 0,7 0,85,00,7,36,59,86,5,5 U [V] U [V] 8,78 7,94 7,04 6,5 5,33 4,39 3,54,63,76 0,90 I [ma],6,84,59,36,8 0,99 0,85 0,70 0,56 0,40 3) Určení odporu vinutí primární a sekundární cívky Primární vinutí U = 0,49 V I = 0,06 A R = U / I R =,083 Ω Sekundární vinutí U =,034 V I = 0,0 A R = U / I R = 5,9 Ω

5 6. Grafy U [V] 0,5 0 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 Zatěžovací charakteristika transformátoru I [ma] U [V],00 0,00 8,00 6,00 4,00,00 0,00 Převodní charakteristika transformátoru U [V] 7. Závěr Seznámili jsme se s principem činnosti transformátoru, jeho zatěžovací a převodní charakteristikou. Z měření zatěžovací charakteristiky transformátoru vyplývá, že hodnota napětí sekundárního vinutí klesá s rostoucím proudem v sekundárním obvodu. Transformační poměr měřeného transformátoru byl p = 3,6 a hodnota parazitní kapacity měla hodnotu C p = 3, pf. Při měření převodní charakteristiky transformátoru jsme nezaznamenali hysterezi, jak je vidět z grafu, kde modrá barva značí měření s rostoucími hodnotami a červená s klesajícími. Ohmovou metodou pro malé odpory jsme změřili odpory jednotlivých vinutí, které vyšly R =,083 Ω, R = 5,9 Ω.