Datum
Jméno
LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA Transformátor Měření zatěžovací a převodní charakteristiky
1. Zadání 1. Změřte zatěžovací charakteristiku transformátoru a graficky znázorněte závislost U2(I2) při konstantním napájecím napětí. a. Určete transformační poměr transformátoru. b. Změřte parazitní kapacitu Cp mezi primárním a sekundárním vinutím. 2. Změřte převodní charakteristiku transformátoru a graficky znázorněte závislost U2(U1). 3. Ohmovou metodou pro malé odpory určete odpor vinutí primární a sekundární cívky.
2. 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 1: Náhradní schéma transformátoru (Zdroj: [2])
Datum
Jméno
3. Postup (měřicí metody, schémata zapojení a způsob výpočtu) Transformační poměr Podle rovnice ideálního transformátoru: p
N1 U 1 I 2 , kde U1 je napětí na primární cívce, N 2 U 2 I1
I1 je proud primární cívkou a N1 je počet závitů primární cívky lze vypočítat transformační poměr p. Prvky analogicky označené indexem 2 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 PK (ztráty nakrátko nebo ztráty ve vinutí) vznikající průchodem proudu vinutím a odpovídají činnému odporu vinutí.
Obrázek 1: Schéma zapojení pro měření nakrátko Stav naprázdno je stavem transformátoru, při kterém je I2 = 0. Primárním vinutím protéká proud I10 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 2: Schéma zapojení pro měření naprázdno
Datum
Jméno
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 U2 se zatěžovacím proudem I2 a jak tvrdý transformátor je. Při měření se primární vinutí transformátoru připojí k síťovému napětí 230V/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, A1 V, V1 V2 RZ Z
Datum
Jméno
5. Naměřené a vypočtené hodnoty 1) Výpočet transformačního poměru transformátoru: U1 = 230 V, U20 = 9,93 V 𝑝=
𝑈1 𝑈20
230 9,93 𝑝 = 23,16 𝑝=
Měření zatěžovací charakteristiky U20 = 9,93 V I2[mA] U2[V]
20 9,76
40 9,56
60 9,36
80 9,16
100 8,96
120 8,74
140 8,56
160 8,33
180 8,13
200 7,77
Měření parazitní kapacity Cp Cp=13,2 pF
2) Měření převodní charakteristiky U1[V] U2[V] I1[mA]
20 0,91 0,40
40 1,75 0,56
60 2,63 0,71
80 3,53 0,85
100 4,41 1,00
120 5,26 1,17
140 6,16 1,36
160 7,03 1,59
180 7,92 1,86
200 8,76 2,15
U1[V] U2[V] I1[mA]
200 8,78 2,16
180 7,94 1,84
160 7,04 1,59
140 6,15 1,36
120 5,33 1,18
100 4,39 0,99
80 3,54 0,85
60 2,63 0,70
40 1,76 0,56
20 0,90 0,40
3) Určení odporu vinutí primární a sekundární cívky Primární vinutí U1 = 0,429 V I1 = 0,206 A R1 = U1/ I1 R1 = 2,083 Ω
Sekundární vinutí U2 = 1,034 V I2 = 0,202 A R2 = U2/ I2 R2 = 5,119 Ω
220 9,62 2,52
Datum
Jméno
6. Grafy
Zatěžovací charakteristika transformátoru 11 10,5 10 9,5 9 U2[V]
8,5 8 7,5 7 6,5 6 20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
I2[mA]
Převodní charakteristika transformátoru 12,00 10,00 8,00 U2[V]
6,00 4,00 2,00 0,00 20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
U1[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 = 23,16 a hodnota parazitní kapacity měla hodnotu Cp = 13,2 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 R1 = 2,083 Ω, R2 = 5,119 Ω.
