3. transformator.pdf

(266 KB) Pobierz
Microsoft Word - TRANSFORMATOR.doc
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
dla studentów WIP
Temat:
BADANIE TRANSFORMATORÓW
materiały pomocnicze do laboratorium elektroniki, elektrotechniki i energoelektroniki
wyłącznie do użytku wewnętrznego przez studentów WIP PW
bez prawa kopiowania i publikowania
Zakład Trakcji Elektrycznej
IME PW
- 1 -
2007
1. Ogólne wiadomości o transformatorze
Transformator jest statyczną maszyną elektryczną (1 lub 3-fazową) służącą do przetwarzania energii prądu
przemiennego o napięciu pierwotnym U1, dostarczonego do uzwojenia pierwotnego na energię prądu
przemiennego o napięciu wtórnym U2 wytworzoną w uzwojeniu wtórnym. Gdy U1>U2 - transformator
nazywa się obniżającym napięcie (gdy U1<U2 - transformator nazywa się podwyższającym napięcie).
Uzwojenie górnego napięcia GN (górne) - to uzwojenie o wyższym napięciu. Uzwojenie dolnego napięcia
(DN) - uzwojenie o niższym napięciu. Wyróżnia się trzy stany pracy transformatora: a) jałowy, b)
obciążenia, c) zwarcia pomiarowego (lub awaryjnego).
W stanie jałowym uzwojenie pierwotne połączone jest ze źródłem zasilania, a uzwojenie wtórne jest
rozwarte (rys. 1.1)
Φ
I 10
z 1
z 2
U
U 10
E 1
U 20
= E
2
Rys. 1.1. Schemat transformatora w stanie jałowym.
W uzwojeniu pierwotnym popłynie niewielki prąd jałowy (1÷10%) prądu znamionowego, który ma dwie
składowe:
a) prąd magnesujący I µ , b) prąd strat w rdzeniu stalowym I Fe .
Wartość skuteczna sił elektromotorycznych indukowanych w uzwojeniach pierwotnym i wtórnym (liczba
zwojów z2) wynosi:
E
1
= ⋅ ⋅ ⋅
=⋅ ⋅ ⋅
.
.
f z
1
Φ
Φ
m
E
2
f z
2
m
gdzie:
f - częstotliwość [Hz]
z1 - liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym
z2 - liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym
Φ m - maksymalna wartość strumienia głównego [Wb]
Przekładnia transformatora:
E
E
z
z
U
U
ϑ===
1
1
10
2
2
20
gdzie:
U 10 , U 20 – napięcia uzwojenia pierwotnego i wtórnego w stanie jałowym.
W stanie jałowym transformator pobiera moc czynną P równą stratom w żelazie. Straty te wywołuje
histereza magnetyczna i prądy wirowe w rdzeniu transformato r a.
PUI
0
= ⋅ ⋅cosϕ
10
10
0
W
gdzie:
- 2 -
444
444
656474448.010.png 656474448.011.png 656474448.012.png 656474448.013.png 656474448.001.png 656474448.002.png
I 10 - prąd jałowy uzwojenia pierwotnego, cosφ 0 (współczynnik mocy w stanie jałowym. Charakterystyki
transformatora w stanie jałowym przedstawione są na rys.1.2.
Na rysunku 1.2 podany jest przebieg charakterystyk stanu jałowego transformatora, tzn przebieg mocy
pobranej w stanie jałowym P 0 , prądu stanu jałowego I 0 oraz współczynnika mocy w stanie jałowym cosφ 0
w funkcji napięcia. W przybliżeniu można pominąć straty w uzwojeniach i uważać, że cała moc pobrana
przez transformator w stanie jałowym jest równa stratom jałowym P 0 wydzielającym się w postaci strat w
rdzeniu P Fe . Straty w rdzeniu są w przybliżeniu proporcjonalne do kwadratu indukcji (przy blachach
zimnowalcowanych w przybliżeniu do indukcji w potędze 3), czyli w przybliżeniu także do kwadratu
przyłożonego napięcia, gdyż w stanie jałowym spadki napiec na uzwojeniu są pomijalne. To wyjaśnia
paraboliczny (w przybliżeniu) przebieg krzywej Po ≈ P Fe . =f(U)≈ cU 2 . Moc jałowa może być z drugiej
strony wyrażona przez Po = c 1 UI ow , więc składowa czynna prądu jałowego I ow =I 0 cosφ 0 ≈ c 2 U.
P, I, U
I 0
I µ
I 0n
U
20
cos φ
P
= ∆ P Fe
0
∆ P 0n
I Fe
P
20
U
10
U n1
Rys.1.2 Charakterystyki stanu jałowego transformatora
Prąd magnesujący ze wzrostem napięcia rośnie według krzywej magnesowania, co oznacza szybki jego
wzrost w zakresie dużych indukcji. Wyjaśnia to malejący przebieg krzywej cosφ 0 > f(U). Wartość cosφ 0
przy napięciu znamionowym jest dla blach anizotropowych zimnowalcowanych mniejsza od 0,1, a dla
blach gorącowalcowanych wynosi ok. 0,2. Składowa czynna I ow = I o cosφ 0 prądu jałowego jest znacznie
mniejsza od składowej biernej I of = I o sinφ 0 prądu, wiec przebieg krzywej I of = f(U) prawie pokrywa się z
przebiegiem krzywej Io=f (U), zwłaszcza w zakresie dużych indukcji.
Poza stratami w rdzeniu transformatora występują w stanie jałowym także straty w miedzi uzwojenia
pierwotnego, straty dodatkowe w kadzi i straty dielektryczne.
Straty w miedzi uzwojenia pierwotnego należy uwzględniać tylko w transformatorach bardzo małych, w
których prąd jałowy jest stosunkowo duży (np. większy od 10% prądu znamionowego), i
charakteryzujących się dużym stosunkiem strat obciążeniowych do strat jałowych. Można te straty
obliczyć w przybliżeniu na podstawie zmierzonej wartości prądu jałowego i rezystancji.
- 3 -
0
656474448.003.png 656474448.004.png
Rys.1.3 Zależność prądu jałowego od mocy znamionowej transformatora 1 — dla blachy
gorącowalcowanej, 2 — dla blachy zimnowalcowanej
W stanie zwarcia uzwojenie pierwotne transformatora zasilane jest napięciem znamionowym, a
uzwojenie wtórne jest zwarte. Taki stan pracy transformatora grozi jego uszkodzeniem i transformator
powinien być natychmiast odłączony (zwarcie awaryjne), Stan zwarcia transformatora, który polega na
zwarciu uzwojenia wtórnego przy zasilaniu uzwojenia pierwotnego napięciem mniejszym od
znamionowego nazywamy zwarciem pomiarowym (normalnym). Napięcie zwarcia podawane jest na
tabliczce transformatora w procentach w stosunku do napięcia znamionowego. Napięcie zwarcia jest to
napięcie, które należy doprowadzić do pierwotnego uzwojenia transformatora, aby przy zwartym
uzwojeniu wtórnym popłynął w nim prąd znamionowy /napięcie zwarcia wynosi kilka do kilkunastu
procent napięcia znamionowego/.
W stanie zwarcia dokonuje się pomiaru strat w miedzi (∆P) powodowanych nagrzewaniem się uzwojeń
płynącymi przez nie prądami, Moc czynna pobierana przez transformator w tym stanie jest praktycznie
równa stratom w miedzi.
Na rysunku 1.4 są podane charakterystyki zwarcia ustalonego, tzn. przebiegi mocy zwarcia Pz pradu przy
zwarciu I i współczynnika mocy przy zwarciu cosφ w funkcji napięcia . W stanie zwarcia impedancja
zwarciowa transformatora:
2 2
gdzie: Rz — rezystancja zwarciowa: Xz — reaktancja zwarciowa.
Pomijając pewne niewielkie zmiany rezystancji wywołane zmianami temperatury, można uważać, że
rezystancja zwarciowa w czasie próby zwarcia nie ulega zmianie w przypadku zmiany napięcia.
Reaktancja zwarciowa jest to reaktancja odpowiadajaca "oporowi" strumieni rozproszenia. Ponieważ
strumienie rozproszenia na znacznej części swej drogi przebiegają w ośrodku niemagnetycznym, czyli w
środowisku o stałej przenikalności magnetycznej, to reaktancja ma wartość stałą, niezależną od napięcia.
To wyjaśnia stałą wartość zależności cosφ z = f(U) i prostoliniowy przebieg zależności I= f (U). Straty
obciążeniowe równe mocy zwarciowej są proporcjonalne do kwadratu prądu, a przy prostoliniowej
zależności I= f (U) są także proporcjonalne do kwadratu napięcia, co wyjaśnia paraboliczny przebieg
zależności P z = f (U).
z
- 4 -
ZRX
z
= +
z
656474448.005.png
P, I,
cos φ
1z
= ∆ P Cu
I 1z
cos φ 1z
I
2z
U 1z
Rys.1.4 Charakterystyki transformatora w stanie zwarcia
W stanie obciążenia napięcie znamionowe doprowadzone jest do uzwojenia pierwotnego a strona wtórna
obciążona jest odbiornikiem.
P
1
I
1
P
U
2
20
η max
U
2
η
∆ P
=
P 2
-
P 1
cos φ
∆ P
∆ U%
Cu
P
20
∆ P Fe
I
2
Rys.1.5 Charakterystyki stanu obciążenia
- 5 -
P
656474448.006.png 656474448.007.png 656474448.008.png 656474448.009.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin