Měření na transformátoru

Měření na transformátoru
Transformátor je elektrický netočivý stroj, který umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho
obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Používá se většinou pro přeměnu
střídavého napětí, nebo pro galvanické oddělení obvodů.
Kompaktní trafostanice (tzv. "kiosková").
Transformátor je umístěn uvnitř kompaktní
buňky odlité z betonu. Trafostanice může
být částečně (jako na obr.), nebo úplně
zapuštěna do země, aby nerušila okolí.
Venkovní transformátor
Popis transformátoru
Princip činnosti
Dosadíme-li do indukčního zákona dvakrát veličiny primárního a sekundárního vinutí s uvažováním,
že magnetický tok je identický pro obě cívky a s uvažováním zákona zachování energie dostaneme
rovnici ideálního transformátoru (bez ztrát):
,
kde U1 je napětí na primární cívce, I1 je proud primární cívkou,
N1 je počet závitů primární
cívky. Indexem 2 jsou značeny veličiny sekundární cívky. Písmeno značí převod transformátoru při
jde o snižující transformátor (napětí na sekundárním vinutí je nižší) a při
je
transformátor zvyšující.
Štítek transformátoru:
Magnetické obvody a ztráty v transformátoru
Součet ztrát nakrátko a naprázdno dosahuje u moderních energetických transformátorů velkých
výkonů (MVA) pouze 0,5 %, účinnost je tedy 99,5 %. U malinkých transformátorů převládají ztráty
nakrátko (ve vinutí) řádově 10 %.
Ztráty nakrátko („v mědi“)
Jsou způsobeny ohmickým odporem vodičů tvořících vinutí primární a sekundární cívky. Vinutí je
obvykle z mědi nebo hliníku. Díky průchodu proudu tímto vodičem dochází k přeměně části
přenášené energie na Jouleovo teplo, které se vyzáří v podobě tepelné energie a způsobuje oteplení
vinutí transformátoru. Ztráty nakrátko jsou proměnlivé podle zatížení transformátoru, tedy podle toho
jak velký výkon transformátor přenáší.
Ztráty nakrátko se měří při zkratovaném sekundárním vinutí (zapojení nakrátko = do zkratu) a při
napájení transformátoru napětím sníženým na takovou úroveň, aby proud primárním vinutím byl
roven jmenovitému proudu. Z tohoto měření vyplývá napětí nakrátko, ztráty nakrátko a rozptylové
toky vinutí. Napětí nakrátko je charakteristickou hodnotou transformátoru a udává se v procentech
jmenovitého napětí. Čím větší je napětí nakrátko, tím menší je proud nakrátko a tím menší jsou i
ztráty ve vinutí transformátoru. Transformátory s velkým zkratovým napětím jsou měkké zdroje
napětí, transformátory s malým zkratovým napětím jsou tvrdé zdroje napětí.
TR
A
U
reg
transformátor
nakrátko
Ztráty naprázdno („v železe“)
Jsou to ztráty především v magnetickém obvodu transformátoru a představují ztráty magnetizační a
ztráty vířivými proudy. Magnetizační ztráty jsou ztracená energie potřebná při střídavém
magnetování. Vířivý proud je zde parazitní jev, kdy dochází k naindukování napětí v železném
magnetickém obvodě transformátoru. Jelikož jde o kus materiálu je obvod uzavřen a může protékat
zkratový proud - vířivý proud. Ten je kolmý na směr magnetického indukčního toku. Z důvodu
snížení těchto ztrát se magnetický obvod vyrábí z navzájem izolovaných plechů. Ztráty naprázdno se
zjišťují měřením naprázdno. Při něm je transformátor napájen do primárního vinutí jmenovitým
napětím a současně má všechny ostatní svorky rozpojeny = bez zátěže (na prázdno). Činný proud
vstupního vinutí je tedy spotřebován na ztráty naprázdno a můžeme je z něj snadno spočítat. Z měření
naprázdno určujeme: proud naprázdno, ztráty naprázdno a převod transformátoru.
TR
W
U
reg
V
A
V2
transformátor
naprázdno
Měření zatěžovací charakteristiky transformátoru
Úkolem je změřit a výpočtem ověřit zatěžovací charakteristiku transformátoru U2=f(I2) při
konstantním napájecím napětí U1n. Charakteristika ukazuje, jak se mění výstupní napětí U2 se
zatěžovacím proudem I2, jak tvrdým zdrojem transformátor je.
Literatura:
TKOTZ, Klaus, Příručka pro elektrotechniky, vydalo: Europa Sobbotáles
PETER, Bastian a kol., Praktická elektrotechnika, vydalo: Europa Sobbotáles