Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB - TU Ostrava MĚŘENÍ NA JEDNOFÁZOVÉM ANSFORMÁTORU Návod do měření Ing. Václav Kolář Ing. Vítězslav Stýskala Leden 997 poslední úprava leden 0
Transformátory jsou netočivé elektromagnetické stroje které při své činosti převádějí bez pohybu elektromagnetickou indukcí střídavé nebo přerušované proudy přiváděné do jedněch obvodů (primárních) ve střídavé proudy nebo proudové impulzy odebírané z druhých obvodů (sekundárních). Při této činnosti je frekvence v primárních i sekundárních obvodech stejná. Přenos el.energie transformátorem je možný v obou směrech většinou je transformátor používán v jednom směru energie. Podle počtu fází se dělí na a) jednofázové ( zpravidla menších výkonů ) b) třífázové Postup při měření na jednofázových transformátorech je odlišný od měření na třífázových. ZADÁNÍ. Měřením naprázdno zjistěte zdánlivý příkon činné ztráty účiník a převod transformátoru zakreslete požadované závislosti.. Měřením nakrátko určete procentní napětí nakrátko procentní impedanci nakrátko skutečný ustálený zkratový proud v primárním i sekundárním vinutí. Měření doplňte požadovanými grafickými závislostmi. 3. Při zatěžování transformátoru změnou rezistoru R L zjistěte zdánlivé a činné výkony účiník v primárním obvodě účinnost transformátoru a velikost zátěžného odporu R L. Požadované závislosti vyjádřete graficky.. Měření naprázdno. Před měřením si opíšeme údaje ze štítku měřeného transformátoru. Obvod zapojíme podle schématu na obr.. Voltmetr na na sekundární vinutí transformátoru mysí mít velký vnitřní odpor R i (dodržení podmínky Z L = ) všechny digitální multimetry této podmínce vyhovují. L0 W I 0 A 0-50V L0 P 0 U V Z V U N N schéma pro měření naprázdno - obr.č. Plynule budeme nastavovat hodnoty napětí e U až do hodnoty U N. V primárním obvodu zapojeným wattmetrem měříme příkon naprázdno P 0 ampérmetrem A měříme proud naprázdno transformátoru I 0 voltmetrem V napětí naprázdno. Výpočtem určíme velikost zdánlivého příkonu naprázdno S 0 a následně učiník naprázdno cosϕ 0. To tabulky zapíšeme údaje o napětí v sekundárním obvodě U 0 z voltmetru V a určíme dle níže uvedeného vztahu hodnotu převodu transformátoru K. Z jmenovitých hodnot napětí je možné určit jmenovitý převod transformátoru při zatížení K N (nebudeme určovat). Do grafů zakreslíme požadované závislosti P 0 = f ( U ) I 0 = f ( U ) a cos ϕ 0 = f ( U ).
Ztráty naprázdno P 0 představují ztráty v železe P d Fe a ztráty vzniklé v ohmickém odporu primárního vinutí P 0 = P d 0 = P d Fe + R. I 0 ( W W W Ω A ) Účiník naprázdno určíme ze vztahu P 0 P 0 cosϕ 0 = -------- = ------------- ( - W V A ) S 0 U. I 0 zanedbáme-li úbytky napětí (ve stavu naprázdno jsou velmi malé) vypočítáme převod transformátoru ze vztahu: U N N K = ------- = ------- ( - V V - - ) U 0 N. Měření nakrátko. Spojením sekundárních svorek transformátoru bezimpendanční spojkou (Z L = 0) dosáhneme stavu nakrátko viz. obr. č.. Měřící přístroje A V a W zapojujeme do primárního obvodu dle schématu proud v sekundárním vinutí neměříme neboť bychom vnitřním odporem ampérmetru nepříznivě ovlivnili měření (R ia > 0). L0 50V reg. L0 I A W P k U k V N N Z=0 schéma pro měření nakrátko - obr. č.. Transformátor smí být připojen v tomto případě ke i napětí jen při velmi malém napětí ( U => 0 V ). Při vyšších napětích by došlo vlivem prudkého nárustu ztrát k zahřívání vinutí a k poškození transformátoru!!! Při měření postupujeme tak že opatrným zvyšováním napájecího napětí U z hodnoty 0V nastavíme proud I tak aby jeho velikost dosáhla jmenovité hodnoty I N. Současně měříme primární napětí U k a ztráty P k = P d k. Měření provádíme co nejrychleji. K určení zbývajících hodnot použijeme následující vztahy: Procentní napětí nakrátko u k určíme výpočtem: U k Z k. I k Z k u k = -------. 00 = ---------------. 00 = -------. 00 = z k ( % V V Ω Ω % ) U N Z N. I N Z N Z výše uvedeného je zřejmé že při splnění podmínky I k = I N je procentní napětí nakrátko u k číselně rovno procentní impedanci nakrátko z k. 3
Skutečný ustálený zkratový proud I k který by protékal primárním vinutím při napájení jmenovitým napětím U N určíme I N I k = --------. 00 ( A A % ) u k a skutečný zkratový proud v sekundárním vinutí pokud ho neměříme určíme přibližně 3. Měření při zatížení. I k = K. I k ( A - A ) Zátěž bude představovat proměnný rezistor R L (reostat). Je připojen spolu s ampérmetrem A ke svorkám sekundárního vinutí dle schématu na obr. č.3. L0 I A W I A W 0-50V L0 P U V V U P R N N schéma pro měření při zatížení - obr.č. 3 Měření provádíme při na počátku nastavené jmenovité hodnotě primárního napětí (U N = konst.) při R L odpojeném. Postupnou změnou velikosti rezistoru R L měníme zatěžovací proud I tak abychom nepřekročili více jak - násobek I N. Údaje naměřené měřícími přístroji A W V A W zapisujeme do tabulky vypočteme požadované hodnoty veličin hodnota napětí U se s rostoucím zatížením bude podobně jako U zmenšovat. Do grafů vyneseme požadované závislosti U = f ( I ) P = f ( R L ) cos ϕ = f ( I ) a η = f ( I ). Účinnost transformátoru je vysoká a je definována poměrem činného výkonu P odebíraného z výstupních svorek spotřebičem ( R L ) k příkonu P na vstupních svorkách odebíraného z napájecího e nebo sítě pro známé zatížení a známý účiník zátěže. P η = --------. 00 ( % W W ) P Pozn. Při provozu energetických transformátorů musí existovat vždy určitá rezerva ve výkonu ze které je možno krýt nárust spotřeby el.energie takže transformátor pracuje většinou s promenlivým zatížením podstatně menším než 00% a proto je z ekonomického hlediska nutné aby účinnost transformátoru byla největší právě při tomto zatížení a nikoliv při plném zatížení. 4
ad ) Měření naprázdno Číslo Měření U = U 0 ( V ). 5. 0 3. 5 4. 0 5. 5 6. 30 7. 35 8. 40 9. 45 0. 48 Tabulky n a měřené h o d n o t y I 0 U 0 P 0 ( A ) ( V ) ( W ) v y p očtené hodnoty S 0 cos ϕ 0 K ( V.A ) ( - ) ( - ) ad ) Měření nakrátko I N = 65 A n a měřené hodnoty Číslo I U k P k Měření ( A ) ( V ) ( W ). I = I N = 65! v y p o č t e n é h o d n o t y S k u k cos ϕ k I k I k ( V.A ) ( % ) ( - ) ( A ) ( A ) ad 3) Měření při zatížení číslo měření U ( V ) I ( A ). U N = 48V 0. 48 4 3. 48 7 4. 48 0 5. 48 3 6. 48 6 7. 48 9 8. 48 3 9. 48 35 0. 48 38 n a měřené hodnoty P U I P ( W ) ( V ) ( A ) ( W ) v y p o č t e n é h o d n o t y S cos ϕ S ( V.A ) ( - ) ( V.A ) R L ( Ω ) η ( % ) 5