4. MERANE PREVÁDZOVÝCH PARAMEROV RANSFORMÁORA Cie merania Základným cieom je uri vlastnosti transformátora v stave naprázdno a nakrátko a pri meraní jeho prevodu a inných odporov vinutí. eoretické poznatky ransformátor je netoivý elektrický stroj, ktorý pracuje na základe zákona elektromagnetickej indukcie. Mení privedené striedavé napätie a prúd na iné hodnoty napätia a prúdu bez zmeny frekvencie. Pri transformácii ostáva výkon nezmenený, ak neuvažujeme celkom malú spotrebu inného výkonu v samotnom transformátore. ransformátor možno použi k transformácii jednofázového alebo viacfázového napätia a prúdu. Najastejšie sa v praxi používajú jednofázové a trojfázové transformátory, ktorými sa budeme podrobnejšie zaobera pri meraní. Základné zapojenie jednofázového transformátora je na obr. 5.. feromagnetické jadro N N záaž primárna strana magnetický tok Φ sekundárna strana Náhradná schéma transformátora sa kreslí vždy pre jednu fázu aj u trojfázových transformátorov, ak predpokladáme jeho súmernos. Obvykle sa používa tzv. -lánok, v ktorom sú prvky náhradnej schémy usporiadané v pozdžnej a prienej vetve (obr. 5.). Obr. 5. Základné zapojenie jednofázového transformátora R jx σ R jx σ Fe µ R Fe jx µ i Obr. 5. Úplná náhradná schéma transformátora so železným jadrom Z merania naprázdno urujeme prvky a prúdy v prienej vetve: - prúd naprázdno, µ magnetizaný prúd, Fe - prúd v železe, R Fe odpor strát v železe, X µ - magnetizaná reaktancia, priom platí vzah Fe + µ resp. Fe + µ (5.) Z merania nakrátko urujeme prvky pozdžnej vetvy: R - inný odpor primárneho vinutia, R - inný odpor sekundárneho vinutia prepoítaný na primárnu stranu, X σ - rozptylová reaktancia primárneho vinutia, X σ - rozptylová reaktancia sekundárneho vinutia prepoítaná na primárnu stranu. Aby sme mohli transformátor správne uvies do prevádzky a prevádzkova ho, musíme meraním uri jeho momentálny technický stav a zisti niektoré jeho charakteristické údaje. Medzi základné merania na transformátoroch patria:
meranie izolaného odporu (k overeniu stavu izolácie stroja, jej opotrebovanie alebo navlhnutie), meranie inných odporov jednotlivých vinutí (ku kontrole rovnosti všetkých fáz, i nie je prerušený obvod alebo kontakt, k výpotu strát vo vinutí a strát prídavných), meranie prevodu (ku kontrole dôležitého údaju charakterizujúceho transformátor), meranie naprázdno (k zisteniu strát v železnom jadre, prúdu a úinníka naprázdno. aktiež je možné uri prvky a prúdy v prienej vetve), meranie nakrátko (k zisteniu strát nakrátko, pomerného napätia nakrátko, úinníka nakrátko a k ureniu prvkov pozdžnej vetvy), kontrola spojenia vinutia (k overeniu štítkového údaja pre možný správny chod paralelných transformátorov musia ma totožný hodinový uhol), skúšky elektrickej pevnosti Stav transformátora naprázdno a nakrátko sú dva krajné stavy práce transformátora. Stav naprázdno je taký, pri ktorom sa transformátor napája harmonickým napätím a jeho sekundárne svorky sú rozpojené. Z transformátora sa neodoberá žiaden výkon, pretože sekundárnym vinutím nemôže tiec prúd. Primárnym vinutím transformátora tak teie tzv. prúd naprázdno (obr. 5.), ktorého jalová zložka magnetizuje železo a iná zložka sa spotrebuje na krytie strát v železe a minimálne vo vstupnom vinutí. ransformátor preto odoberá z napájacieho zdroja iba tzv. inný príkon naprázdno P, ktorý je potrebný na krytie strát v železe P Fe a strát vo vstupnom vinutí P j. Závislosti jednotlivých veliín charakterizujúce stav naprázdno transformátora od vstupného napätia sú uvedené na obr. 5.3. V stave nakrátko je transformátor pripojený na zdroj napätia a jeho sekundárne svorky sú skratované bezodporovou spojkou. Zaažujúca impedancia je nulová. Stav transformátora nakrátko nie je žiadúci, pretože pri menovitom napätí na vstupe transformátora teú oboma vinutiami omnoho väšie prúdy dosahujúce až 5 násobok nominálnych prúdov. Vplyvom týchto prúdov sa vinutia rýchlo otepujú a celý transformátor by sa tepelne poškodil. Pri experimentálnom stanovení vlastností transformátora v stave nakrátko napájame transformátor zníženým napätím tak, aby jeho vinutiami tiekli menovité prúdy. akému napätiu, ktoré pri stanovenom sekundárnom vinutí pretlaí vinutiami menovité prúdy hovoríme napätie nakrátko. Závislosti jednotlivých veliín charakterizujúce stav nakrátko transformátora od napájacieho prúdu sú uvedené na obr. 5.4. cos ϕ P (A) (W) P cos ϕ P (V) (W) P P Fe cos ϕ N (V) N (A) Obr. 5.3 Grafické závislosti transformátora v stave naprázdno Obr. 5.4 Grafické závislosti transformátora v stave nakrátko Spracoval: ng. Miroslav Gutten, PhD.
. Meranie na jednofázovom transformátore Úloha merania. Meraním urite inné odpory primárneho a sekundárneho vinutia.. Meraním urite prevod transformátora a jeho hodnotu porovnajte so štítkovým údajom. 3. V stave naprázdno urite: a) základné veliiny charakterizujúce stav naprázdno transformátora a nakreslite ich grafické priebehy v závislosti od napätia, b) priene parametre transformátora. 4. V stave nakrátko urite: a) základné veliiny charakterizujúce stav nakrátko transformátora a nakreslite ich grafické priebehy v závislosti od prúdu, b) pozdžne parametre transformátora. Pracovný postup Pred samotnými meraniami si zaznaíme štítkové údaje vyšetrovaného jednofázového transformátora. Zo štítku si zaznamenáme hlavne: menovitý výkon S N... VA, menovité napätia na primárnej a sekundárnej strane N / N... V/...V, menovité prúdy na primárnej a sekundárnej strane N / N... A/... A, menovitú frekvenciu f... Hz.. Meranie inných odporov vinutí Pri meraní inných odporov vinutí zapojíme obvod poda obr. 5.5. Odpory sa zisujú ohmovou metódou pomocou jednosmerného zdroja. Musíme zmera odpor primárneho ako aj sekundárneho vinutia. Jednosmerný voltmeter sa musí pripoji priamo na svorky meraného vinutia, aby vnútorný odpor ampérmetra neovplyvoval presnos merania. Pri meraní odporu primárnej strany spojíme sekundárnu stranu nakrátko, aby sa indukovaným napätím od pripojeného jednosmerného prúdu nepoškodila izolácia vinutia prierazom. Pri meraní odporu sekundárnej strany zase spojíme stranu primárnu nakrátko. Vekos odporu primárneho R resp. sekundárneho vinutia R vypoítame zo vzahu R [ Ω] (5.) A ab. 5. Merané vinutie Primárne R [Ω] Sekundárne R [Ω] [V] [A] + SZ reg - V Obr. 5.5 Schéma zapojenia pri meraní inných odporov vinutí transformátora ohmovou metódou Namerané a vypoítané hodnoty zapíšeme do tab. 5.. Výkon transformátora sa udáva na štítku zdanlivým výkonom v kva (resp. VA), pretože vekos inného výkonu je závislá od charakteru zaaženia, teda od vekosti úinníka. Menovitý zdanlivý výkon udávaný na štítku je daný vzahom: S N N. N resp. N. N
. Meranie prevodu Prevod je íslo udávajúce, v akom pomere sa transformujú napätia resp. prúdy transformátora. Poda obr. 5.6 prevod urujeme meraním napätia na primárnej a sekundárnej strane pri stave naprázdno. Skúšaný transformátor pripojíme k napájaciemu zdroju na stranu vyššieho napätia, aby napätie zdroja z bezpenostných dôvodov bolo najväším napätím. ransformátor napájame zníženým napätím v rozsahu ( 7) % N. Meranie prevodu urobíme pri troch rôznych napätiach a z takto získaných troch prevodov sa vypoíta aritmetická stredná hodnota, ktorú porovnáme so štítkovým údajom p N. Namerané hodnoty zapíšeme do tab. 5.. ab. 5. p N N / N....m. 3 N N p V V - Aritm. stred. hodnota 3. Meranie naprázdno L N ~ RA V Obr. 5.6 Schéma zapojenia transformátora pri meraní jeho prevodu. V a) Pri meraní transformátora v stave naprázdno, obvod zapojíme poda obr. 5.7. Meranie v stave naprázdno uskutoníme tak, že primárne vinutie pripojíme na sie prostredníctvom regulaného autotransformátora RA. Pri meraní meníme napájacie napätie v rozsahu od 4 % menovitého napätia N až do približne % N. Pri každej hodnote napätia odítame prúd naprázdno a inný príkon P. L N ~ RA A W Obr. 5.7 Schéma zapojenia transformátora pri meraní v stave naprázdno V Straty v železe uríme nasledovne Pj P R P P (5.4) Fe kde P je inný príkon naprázdno odítaný z wattmetra, P j sú straty na vstupnom (primárnom) vinutí, je prúd naprázdno odítaný z ampértmetra, je odpor primárneho vinutia zmeraného v prvej úlohe. R Úinník naprázdno uríme pre dané napätie O cos P ϕ (5.5) Namerané a vypoítané hodnoty zaznamenáme do tab. 5.3 a poda obr. 5.3 spracujeme graficky. Spracoval: ng. Miroslav Gutten, PhD.
ab. 5.3 R... Ω P cos R. P Fe V A W W W b) Stanovenie prienych parametrov transformátora: V grafe výrazne vyznaíme hodnoty pre menovité primárne napätie N poda obr.5.3: menovitý prúd naprázdno N... A, menovitý úinník naprázdno cos N..., straty v železe P Fe... W. Z týchto hodnôt stanovíme priene parametre transformátora poda obr. 5.: Prúd v železe inná zložka prúdu naprázdno (obr. 5.8): Fe (5.6) N cosϕ N Magnetizaný prúd jalová zložka prúdu naprázdno: (5.7) µ N sin ϕ N Magnetizaná reaktancia jalová zložka prúdu naprázdno: inný odpor reprezentujúci straty v železe (obr. 5.8): X R µ N (5.8) µ N Fe (5.9) Fe 4. Meranie nakrátko a) Pri meraní nakrátko necháme zapojené meracie prístroje tak, ako pri meraní naprázdno. Navyše pripojíme len bezodporový vodi medzi svorky sekundárneho vinutia (obr. 5.9). Pokia by sme v takomto stave nechali napája transformátor menovitým napätím, jeho vinutiami by potiekli nedovolené vysoké prúdy. Pri meraní preto nastavujeme vekos prúdu v rozsahu od 4 % menovitého prúdu L N ~ RA Obr. 5.9 Schéma zapojenia transformátora pri meraní v stave nakrátko N až do približne 5 % N. Pri každej hodnote prúdu odítame napätie nakrátko a inný príkon nakrátko P. A W V
ab. 5.4 P cos A V W Úinník nakrátko uríme pre dané napätie P cos ϕ (5.) Namerané a vypoítané hodnoty zaznamenáme do tab. 5.4 a poda obr. 5.4 spracujeme graficky. b) Stanovenie pozdžnych parametrov transformátora: V grafe výrazne vyznaíme hodnoty pre menovitý primárny prúd N poda obr.5.4: menovité napätie nakrátko N... V, menovitý úinník nakrátko cos N.... Z týchto hodnôt stanovíme pozdžne parametre transformátora poda obr. 5.: mpedancia nakrátko (obr. 5.): Celkový inný odpor transformátora Z R + R N (5.) N R Z cosϕ N Celková rozptylová reaktancia transformátora: X + X Z X σ σ σ sinϕ N (5.) (5.3) Pomerná impedancia nakrátko pomerné napätie nakrátko: Z Z N z u N N (5.4) rvalý skratový prúd, ktorý by pretekal primárnym vinutím pri menovitom napätí: Súpis prístrojov a zariadení ab. 5.4. Oznaenie Popis SZ - jednosmer. stabil. zdroj RA - regul. autotransformátor 3 A - ampérmeter 4 V - voltmeter 5 V - voltmeter 6 W - wattmeter 7 A - jednosm. ampérmeter 8 V - jednosm. voltmeter N kt (5.5) u Spracoval: ng. Miroslav Gutten, PhD.
Obr. 5. 3 rojfázový suchý transformátor s liatou izoláciou s výkonom 5 kva, s napätím kv Obr. 5. 4 rojfázový olejový hermetizovaný transformátor s napätím kv