zadání: úvod: schéma: popis měření

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 U2 =f(I2) , η= f(I2) a P2 = f(I2).
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:
I1
A
~
Z
~
W
~
A
~
V
~
V
~
I2
RZ1
RZ2
POPIS MĚŘENÍ:
Regulací zdroje udržujeme konstantní vstupní napětí. Proměnnými rezistory RZ1, RZ2
měníme zatěžovací proud v celém rozsahu dovoleného zatížení. Na wattmetru W
odečítáme příkon a z naměřených hodnot spočítáme ztrátu PZ a účinost η. Z naměřených a
vypočtených hodnot vypočítáme ztrátový výkon a účinnost. Ze zatěžovací charakteristiky
určíme graficky vnitřní odpor transformátoru a tuto hodnotu ještě ověříme výpočtem z
naměřených hodnot odporu primáru a sekundáru.
1) Převod určíme:
U
p = 10
U20
U10 - napětí primáru, při odpojeném sekundáru
U20 - napětí sekundáru, pokuď z něj neodbíráme proud
Příkon musíme odečíst z wattmetru W , protože kdybychom ho chtěli
spočítat pomocí součinu produ a napětí (I1⋅U1), nezískali bychom činný výkon,
ale zdánlivý výkon.
2) Zatěžovací charakteristiku určíme funkcí: U2 = f(I2)
3) Účinnost lze spočítat:
P
η= 2
P1
P2 - výkon sekundáru
P1 - příkon primáru
Charakteristika je určena funkcí: η = f(I2)
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; PZFe ztráty v železe
Celkový ztrátový výkon je dán vztahem:
PZ = P1 − P2
P1 - příkon primáru
P2 - výkon sekundáru
Charakteristika je danná funkcí: PZ = f(I2)
5) Vnitřní odpor určíme:
R i Pr i
p2
RiSec - vnitřní odpor sekundáru
RiPri - vnitřní odpor primáru
p - převod transformátoru
R i = R iSec +
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:
∆t =
RP − R0
R0 ⋅α
α = 0,004
RP - odpor vinutí před měřením
R0 - odpor vinutí po měření
∆t - oteplení
NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY:
Spočítali jsme si maximální výkon sekundáru: PSMax=S2=3,5*2,6=82,81W
Zdrojem Z jsme udržovali konstatní napětí U1 (200 V~). Bez připojené zátěže jsme si
změřili napětí na sekundáru (31,6V~). Z toho jsme si vypočítali maximálni proud
sekundáru:
I 2 max =
PSM max 82,81
=
= 2,62A
U S max
31,6
Dále jsme si spočítali maximální odpor zátěže: R MAX =
31,6
US max
=
= 122 Ω
I MIN
0,262
Rezistor RZ1 jsme si zvolili: 105Ω
Rezistor RZ2 jsme si zvolili: 16Ω
Zatežovacími rezistory jsme měnili sekundární proud I2 v rozmezí 0,262÷2,63 A.
Příkon transformátoru P1 jsme měřili wattmetrem W. Naměřené a vypočtené hodnoty
vykazuje tabulka č. 1.
- výkon sekundáru P2 = U2 ⋅ I 2 = 29 ,7 ⋅ 1,31 = 46,75W
- ztrátový výkon PZ = P1 − P2 = 43 − 38,91 = 4,09W
P2
38,91
- účinnost η =
⋅ 100 =
⋅ 100 = 90,48%
P1
43
I2 [mA]
0
0,262
U2 [V] 31,6 31,1
I1 [mA] 43
80
P1 [W]
3
11
P2 [W]
0
8,15
PZ [W]
3
2,85
0
74,07
η [%]
Tabulka č. 1 - Naměřené a vypočtené hodnoty
0,524 0,786 1,048 1,31 1,59 1,85 2,09 2,36 2,62
30,7 30,5 30,2 29,7 29,4 29,2 28,7 28,5 28,0
115 152,5 187,5 225
265
305
350
390
430
18,5 26,5
35
43
52,5
61
70
78
87
16,09 23,97 31,65 38,91 46,75 54,02 59,98 67,26 73,36
2,41 2,53 3,35 4,09 5,75 6,98 10,02 10,74 13,36
86,96 90,46 90,43 90,48 89,04 88,56 85,69 86,23 84,32
U 10 220
=
=7
U 20 31,6
- ztráty v železe jsou 3W (PZ při I2 = 0A)
- převod p =
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:
RI =
30,5 − 29 ,1
∆U
=
= 1,3158Ω
∆I 1,85 − 0,786
K matematickému spočítaní vnitřního odporu transformátorů použijeme hodnoty
odporů primaru i sekundáru po měření, protože již při měření charakteristik byl
transformátor ohřátý.
R i Pr i
23,8
- vnitřní odpor Ri = R iSec + 2 = 1,0 + 2 = 1,4857Ω
Ω
p
7
Oteplení transformátoru
Během měření, které trvalo 30 minut, se transformátor ohřál v důsledku
odebírání proudu ze sekundáru. Ohřátí ukazuje tabulka č. 2.
- oteplení ∆t =
R P − R 0 22,8 − 23,8
=
≅ 11° C
R0 ⋅ α
22,8 ⋅ 0,004
Tabulka č. 2 - Oteplení transformátoru
Veličina
Primár Sekundár
22,8
0,9
Odpor před měřením [Ω]
23,8
1,0
Odpor po měření [Ω]
11
27
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 I2 ze sekundáru se zmenšuje napětí U2 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 80%.
Graf č.3 (ztráty v transformátoru) vykazuje, že s roustoucím odebíraným proudem ze
sekundáru vznikají větší ztráty. U nás činili ztráty v železe 3W.
Graf č.1 - Zatěžovací charakteristika transformátoru
32
31
U2 [V]
30
29
28
27
26
0
0,262
0,524
0,786
1,048
1,31
1,59
1,85
2,09
2,36
2,62
I2 [A]
Česák Petr
3.B
Graf č. 2 - Účinnost transformátoru
100
90
80
70
[%]
60
50
40
30
20
10
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
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
I2 [A]
Česák Petr
3.B
Graf č. 3 - Ztráty v transformátoru
14
12
10
PZ [W]
8
6
4
2
0
0
0,262
0,524
0,786
1,048
1,31
1,59
1,85
2,09
2,36
2,62
I2 [A]
Česák Petr
3.B