Transformadores monofásicos

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Los transformadores son máquinas eléctricas estacionarias que paso arriba o hacia abajo del voltaje de CA. Se forman típicamente de primarias y secundarias las bobinas o devanados, donde la tensión en el primario es caminó hacia arriba o hacia abajo en la secundaria, o al revés. Cuando un voltaje se aplica a uno de los devanados y flujos actuales en que la bobina, flujo se induce en el núcleo magnético, ambos arrollamientos de acoplamiento. Con un AC corriente, flujo de AC es inducida, y su tasa de cambio induce voltaje en la bobina secundaria (Ley de Faraday). Vínculo de flujo entre ambos bobinados depende del número de vueltas de cada bobina; por lo tanto, si el devanado primario tiene más vueltas que la bobinado, voltaje secundario será mayores en el primario que en el secundario y viceversa.

Este experimento caracteriza un transformador monofásico por encontrar los parámetros del circuito equivalente. Se realizan tres pruebas: circuito abierto prueba, cortocircuito y la prueba de DC.

El transformador utilizado en este experimento se clasifica en V/24 115 V, 100 va El voltaje viene de la capacidad de manejar en forma segura los voltajes específicos, mientras que la calificación de VA o la potencia (vatios) de capacidad de manejo actual de estos devanados, específicamente grueso del aislamiento de cada devanado. Es importante no mezclar primarios y secundarios con nomenclatura de alta y baja tensión. Para este experimento, el lado primario se asume que el valor nominal 115 V, mientras que el lado secundario tiene una potencia de 24 V. El lado V 115 tiene dos terminales marcados IN1 y IN2, mientras que el lado secundario tiene dos terminales marcados OUT1 y OUT2.

El lado de alta tensión se utiliza comúnmente para pruebas para lograr más resolución de la tensión de cortocircuito. Por ejemplo, si un transformador está diseñado para 1200 V/120 V, un cortocircuito en la 120 V probablemente ha corriente que fluye con menos del 10% de los 1200 V, que hace un 0-120 V auto-transformador variable (VARIAC) a 1200 V adecuado para esta prueba. El lado de baja tensión se utiliza comúnmente para la prueba de circuito abierto, puesto que este voltaje es más accesible en el laboratorio. Por lo tanto, este enfoque es seguido como práctica estándar en este experimento.

La prueba de circuito abierto ayuda a calcular la inductancia mutua entre dos bobinas, así como pérdidas de energía la base causadas por el flujo inducido en la base. La prueba de cortocircuito ayuda a identificar la inductancia de fuga de ambos bobinados, ya que la corriente máxima se obtiene en el cortocircuito y algunas pérdidas de flujo de la base alrededor de las bobinas. La prueba ayuda a medida cable resistencia de la C.C. de ambos bobinados.

1. C.C. prueba

1. Encienda la fuente de alimentación de C.C. de baja tensión disponible en el Banco.
2. Su tensión de salida se establece en 0 V y establece el límite actual en 0,8 A.
3. Compruebe las conexiones del circuito, luego conectar la salida de la fuente de energía a través de los devanados primario (IN1 y IN2). Deje las bobinas del lado secundario (OUT1 y OUT2) abierta.
4. Encienda la fuente y aumentar ligeramente la tensión hasta que se alcanza el límite de corriente. Tenga en cuenta que el suministro ya sea corriente limitada cuando la fuente está encendida. No aumenta el límite de corriente.
5. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de la pantalla de la fuente de poder.
6. Ajustar la tensión a 0 V y desconectar la alimentación.
7. Ajustar el límite de corriente de 4 A, luego conecte la salida de la fuente a través de las bobinas del lado secundario (OUT1 y OUT2). Deje los devanados primario (IN1 y IN2) abierta.
8. Encienda la fuente y aumentar ligeramente la tensión hasta que se alcanza el límite de corriente. Tenga en cuenta que el suministro ya sea corriente limitada cuando la fuente está encendida. No aumenta el límite de corriente.
9. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de la pantalla de la fuente de poder. Para este transformador, el voltaje de entrada es de 3,5 V y la corriente es de 0.8 A.
10. Ajustar la tensión a 0 V, apague la fuente y desconecte.
11. Mida la resistencia en los devanados del primarios con un multímetro.
12. Mida la resistencia en los devanados secundarios con un multímetro.
13. Es común que la mayor resistencia lateral de tensión a ser mayor que la resistencia del lado de voltaje inferior debido a la energía en ambos lados es idealmente igual, y mayor tensión significa menor actual y por lo tanto menor resistencia. La prueba de DC y resistencia medida en el multímetro deben coincidir estrechamente.

2. circuito abierto prueba

1. Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
2. Conecte el circuito para la prueba de circuito abierto (Fig. 1). Utilice un medidor de potencia digital.
3. Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
4. Verifique que las conexiones del circuito son como se esperaba de Fig. 1 y luego encienda la fuente de corriente trifásica.
5. Poco a poco ajuste la perilla VARIAC hasta 24 V el voltaje de lectura en el medidor de potencia digital.
6. Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia de la central de medida.
7. Conjunto el VARIAC de nuevo a 0%, la fuente de corriente trifásica y desconecte la salida VARIAC.
8. En la prueba de circuito abierto o sin carga, la reactancia de magnetización (X_m) y la resistencia de pérdida de base (R_C) se encuentran de la corriente (I_OC), voltaje (V_OC) y energía (P_OC ) medidas como sigue:
   R_C= V_OC²/P_OC (1)
   y X_m= V_OC²oc/q_OC (2)
   donde Q_OC²=(V_OCque_OC)²- P_OC² (3)

Figura 1: diagrama esquemático de prueba DC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. prueba de cortocircuito

1. Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
2. Conecte el circuito para la prueba de cortocircuito (Fig. 2). Asegúrese de que IN1 y IN2 son conectados a la salida del VARIAC.
3. Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
4. Calcular la corriente de entrada nominal del transformador. Esto es encontrada dividiendo el rating VA por la clasificación de voltaje en el lado de la entrada. Por ejemplo, si la entrada es de 115 V y la calificación VA 100 VA, la entrada es 100/115 = 0.87 A.
5. Controlar el circuito y luego encender la fuente de corriente trifásica.
6. Lentamente y con cuidado ajuste la perilla VARIAC, hasta que llegue a la lectura actual del medidor de energía digital corriente de entrada nominal.
7. Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia en el medidor de energía.
8. Conjunto el VARIAC de nuevo a 0%, el interruptor de desconexión y desconecte la salida del VARIAC. Mantenga el cable de corriente trifásica VARIAC conectado.
9. Retire el cortocircuito colocado en el transformador secundario.
10. En la prueba de cortocircuito, la reactancia de fuga (X₁+X₂' = X_eq) y resistencia (R₁+R₂' = R_eq) de ambos bobinados se encuentran de la corriente (I_SC ), voltaje (V_SC) y la medición de la potencia (P_SC) como sigue:
    R_eq=P_SC/I_SC² (4)
    y X_eq= Q_SC/I_SC² (5)
    donde Q_SC²=(V_SC I_SC)²- P_SC² (6)
11. X₁ se supone que es igual a X₂', mientras que R₁ y R₂' puede usarse en la prueba de DC (o por lo menos uno de ellos). Si no se realiza la prueba de DC, es común asumir que R₁ y R₂' son iguales.

Figura 2: cortocircuito prueba esquema. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. prueba de carga

Pruebas de carga muestran cómo se correlacionan los valores de corriente y voltaje entre los lados de entrada y salidos del transformador donde idealmente, V₁/V₂ = I2/i₁ = N₁/N₂ = un donde N es el número de vueltas, subíndices 1 y 2 son para los lados primarios y secundarios, respectivamente, y una es la relación de vueltas. La impedancia en el lado secundario reflejada a la parte primaria es R'=²R o X'=a²X.

1. Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
2. Conecte el circuito para la prueba de carga (Fig. 3). Asegúrese de que IN1 y IN2 son conectados a la salida del VARIAC.
3. Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
4. Conecte una sonda de osciloscopio diferencial de voltaje en el primario con un ajuste de 1/200. Ajustar la medición de la sonda para 0 V compensado con un factor de escala adecuado.
5. Conecte una sonda de osciloscopio de corriente para medir la corriente de carga. Ajustar la medición de la sonda 0 offset de mV con un 1 X escala factor de 100 mV / A ajuste.
6. Controlar el circuito y luego encienda el interruptor de desconexión de tres fases.
7. Ajuste lentamente la perilla del VARIAC hasta que V_P 115 V.
8. Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia de ambos medidores de potencia digital.
9. Capturar la pantalla de osciloscopio con al menos tres ciclos que se muestra.
10. Apague la fuente de corriente trifásica y establezca el VARIAC al 0%.
11. Reemplazar el resistor de 100 Ω con resistencias de tres 100 Ω en paralelo.
12. Encienda la fuente de corriente trifásica y ajuste lentamente la perilla del VARIAC hasta que v_PLee 115 V.
13. Registrar las dos potencia digital medidor lecturas sólo (ninguna captura de la pantalla del osciloscopio).
14. El VARIAC de nuevo a 0%, apague el interruptor de desconexión y desconectar la instalación.

Figura 3: esquema de ensayo de carga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Mediante la realización de la DC, circuito abierto, cortocircuito y pruebas de carga circuito equivalente del transformador se identificaron parámetros; por lo tanto, simular, el funcionamiento y analizar comportamiento de transformador realistas llegan a ser posibles.

La prueba de cortocircuito se realiza aplicando una tensión creciente en el lado de alta tensión, puesto que solamente los pequeños voltajes en que lado puede causar la corriente fluyendo en el lado de baja tensión en cortocircuito. Esto es útil en el transformador a la corriente nominal de funcionamiento y, por lo tanto, la prueba de la capacidad de transporte actual.

Para esta prueba, la tensión de corto circuito es 11,9 V, la corriente de corto circuito es 0.865 A y la potencia de cortocircuito es 7.11 w el. Las mediciones de corto circuito se utilizan entonces para calcular la reactancia de fuga, que en este caso es 9.94Ω. El lado primario resultante y reactancias de lado reflejado son cada 4.97Ω. La resistencia total se calcula como 9.502Ω. Restando la resistencia de la bobina primaria (4.375Ω) da 5.127

En cuanto a la prueba de circuito abierto, es útil para garantizar que las capacidades de aislamiento de voltaje transformador se cumplan cuando tensiones nominales. Otras pruebas, como pruebas de aislamiento de alta pote para ruptura de material de aislamiento, pruebas de vibración mecánica, etc., son también realizaron pero para más aplicaciones avanzadas.

Para este transformador, el voltaje de circuito abierto es 23.8 V, la corriente de circuito abierto es 335.5 mA y la potencia de circuito abierto es de 2.417 w el. Estas medidas, la resistencia de pérdida de núcleo, R_c y reactancia mutua, X_m, pueden calcularse como 234.35Ω y 74.67Ω respectivamente.

Las pruebas descritas son críticas en la evaluación de la impedancia de un transformador y en la determinación de los parámetros del circuito equivalente. Desde aplicaciones de transformador varían de simples cargadores a transmisión de AC de alta potencia, caracterizar apropiadamente diferentes transformadores para diversas aplicaciones es fundamental. Impedancia de transformador se utiliza en sistemas de potencia para determinar la impedancia de falla posible a ambos lados de un transformador, aproximar la eficiencia de un transformador, calcular su línea y regulación de la carga y simular el transformador como parte de la mayor eléctrico sistemas.