ΑΣΚΗΣΗ 2 η ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ η ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ Σκοπός της Άσκησης: Στόχος της εργαστηριακής άσκησης είναι η μελέτη των χαρακτηριστικών λειτουργίας ενός μονοφασικού μετασχηματιστή υπό φορτίο. 1. Λειτουργία Μετασχηματιστή υπό Φορτίο Όταν στο δευτερεύον του μετασχηματιστή συνδεθεί φορτίο (σχήμα 1) τότε το ρεύμα Ι δημιουργεί μέσα στον πυρήνα μια μαγνητική ροή αντίθετη από την μαγνητική ροή που δημιουργείται από το ρεύμα πρωτεύοντος Ι 1, με αποτέλεσμα η συνολική μαγνητική ροή στον πυρήνα να μειωθεί. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μείωση τη επαγωγικής αντίδρασης του πρωτεύοντος και κατά συνέπεια την αύξηση του ρεύματος Ι 1. Με την αύξηση αυτή η μαγνητική ροή στον πυρήνα αυξάνεται και γίνεται σχεδόν ίση με την αρχική της τιμή, πριν την σύνδεση του φορτίου στο δευτερεύον. Σχήμα 1. Σχηματική των μαγνητικών ροών στον πυρήνα ενός μετασχηματιστή. Η σύνδεση φορτίου στο δευτερεύον του μετασχηματιστή έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή της τάσης στην έξοδο του σε σχέση με την τάση εν κενώ. Αυτή η μεταβολή της τασης η οποία οφείλεται στην ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή καθώς και στην μαγνητική ροή σκέδασης πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, ονομάζεται διακύμανση τάσης και εξαρτάται από το μέγεθος και το είδος του φορτίου, δηλαδή ωμικό, επαγωγικό ή χωρητικό. Η διακύμανση τάσης δίνεται από τη σχέση: VR% V OC V V 100% (.1) Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 1

2 Όπου V ΟC είναι η τάση εν κενώ στο δευτερεύον του μετασχηματιστή και V είναι η τάση υπό φορτίο. Όταν στο δευτερεύον του μετασχηματιστή συνδεθεί ωμικό ή επαγωγικό φορτίο τότε παρουσιάζεται πτώση τάσης σε σχέση με την τάση εν κενώ V ΟC. Μάλιστα στην περίπτωση του επαγωγικού φορτίου η πτώση τάσης είναι μεγαλύτερη. Αντίθετα όταν συνδεθεί χωρητικό φορτίο η τάση στην έξοδο αυξάνεται. Έχουμε δηλαδή ανύψωση τάσης. Η διακύμανση της τάσης του μετασχηματιστή με το φορτίο μπορεί να υπολογιστεί θεωρητικά με τη χρήση του ισοδύναμου κυκλώματος.. Υπολογισμός Διακύμανσης Τάσης Για τον υπολογισμό της διακύμανσης τάσης του μετασχηματιστή χρησιμοποιούμε το απλοποιημένο ισοδύναμο του σχήματος. Από το κύκλωμα προκύπτει ότι η τάση κατά την εν κενώ λειτουργία του μετασχηματιστή θα είναι ίση με V 1 καθώς δεν θα έχουμε πτώση τάσης στα στοιχεία R eq και X eq (το Ι =0). Όταν στο δευτερεύον έχουμε συνδέσει φορτίο τότε από τον δεύτερο κανόνα του Kirchhoff θα ισχύει: Όπου: V V I Req I jx eq 1 (.) V I Z (.3) Σχήμα. Απλοποιημένο ισοδύναμο μετασχηματιστή ανηγμένο στο πρωτεύον. Εάν γνωρίζουμε το ρεύμα και τον συντελεστή ισχύος του φορτίου μπορούμε να υπολογίσουμε την διακύμανση της τάσης χρησιμοποιώντας την σχέση. σε συνδυασμό με την σχέση υπολογισμού της διακύμανσης τάσης (σχέση.1). Στο σχήμα 3 παρουσιάζεται το διανυσματικό διάγραμμα των τάσεων και των ρευμάτων για το κύκλωμα του σχήματος και για τα τρία είδη φορτίων. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 13

3 Σχήμα 3. Διανυσματικά διαγράμματα τάσεων και ρευμάτων για ωμικό, επαγωγικό και χωρητικό φορτίο. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 14

4 Πειραματικό Μέρος Α. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του μετασχηματιστή στον οποίο δουλεύετε. ΙΣΧΥΣ S (VA) ΤΑΣΗ ΠΡΩΤΕΥΟΝΤΟΣ V 1N ΤΑΣΗ ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΝΤΟΣ V N ΡΕΥΜΑ ΠΡΩΤΕΥΟΝΤΟΣ I 1N ΡΕΥΜΑ ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΝΤΟΣ I N Β. ΩΜΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Β1. Υλοποιήστε την παρακάτω συνδεσμολογία: Σχήμα 4. Η συνδεσμολογία του μετασχηματιστή όταν τροφοδοτεί ωμικό φορτίο. B. Τροφοδοτήστε το πρωτεύον με ονομαστική τάση και φορτίστε σταδιακά τον μετασχηματιστή από 0Α έως ονομαστικό ρεύμα. Μετρήστε τα U 1, I 1, P 1, U, I και συμπληρώστε τον πίνακα 1. Η ισχύς εξόδου P θα υπολογιστεί από τις ενδείξεις του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου στο δευτερεύον. Ο βαθμός απόδοσης η θα υπολογιστεί από τη σχέση: P P 1 100% (.4) Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 15

5 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 U 1 (V) I 1 (A) U (V) Ι 1 (Α) P 1 (W) P (W) η Γ. ΣΥΝΘΕΤΟ ΩΜΙΚΟ ΕΠΑΓΩΓΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Γ1. Υλοποιήστε την παρακάτω συνδεσμολογία: Σχήμα 5. Η συνδεσμολογία του μετασχηματιστή όταν τροφοδοτεί σύνθετο ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Γ. Τροφοδοτήστε το πρωτεύον με ονομαστική τάση και φορτίστε σταδιακά τον μετασχηματιστή από 0Α έως ονομαστικό ρεύμα, διατηρώντας τον συντελεστή ισχύος του φορτίου σταθερό και ίσο με 0,8. Μετρήστε τα U 1, I 1, P 1, U, I, Ι R, I L και συμπληρώστε τον πίνακα. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 16

6 Η διαδικασία που μπορείτε να ακολουθήσετε για να πραγματοποιήσετε τις μετρήσεις είναι η εξής: Προκαθορίστε τις τιμές του ρεύματος I που θα πάρετε κατά την διεξαγωγή της άσκησης. Για κάθε τιμή του ρεύματος Ι υπολογίστε το ρεύμα Ι R από τη σχέση: cos Στη συνέχεια υπολογίστε το ρεύμα Ι L από τη σχέση: I R (.5) I I I R I (.6) L Ρυθμίστε τα φορτία σας ώστε να πάρετε τις τιμές των ρευμάτων που υπολογίσατε. Η ισχύς P θα υπολογιστεί από τον γνωστό τύπο: P U cos (.7) I ΠΙΝΑΚΑΣ U 1 (V) I 1 (A) U (V) Ι 1 (Α) Ι R (Α) Ι L (Α) P 1 (W) P (W) η Δ. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Δ1. Σχεδιάστε σε μιλιμετρέ χαρτί με κατάλληλη κλίμακα το διανυσματικό διάγραμμα των τάσεων και των ρευμάτων του μετασχηματιστή για ονομαστικό φορτίο και συντελεστή ισχύος 1 και 0,8 επαγωγικό. Δ. Σχεδιάστε σε μιλιμετρέ χαρτί με κατάλληλη κλίμακα τις χαρακτηριστικές U f ( ) και f I ). I ( Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 17

7 Δ3. Υπολογίστε τις απώλειες του μετασχηματιστή και συγκρίνετε με τις απώλειες που προσδιορίσατε από τις δοκιμές χωρίς φορτίο και βραχυκύκλωσης της Άσκησης 1. Δ4. Υπολογίστε την διακύμανση τάσης του μετασχηματιστή για ονομαστικό φορτίο και συντελεστή ισχύος 1 και 0,8 επαγωγικό. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Σελίδα 18