Transformateurs monophasés

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Transformateurs sont des machines électriques fixes étape vers le haut ou vers le bas de la tension alternative. Ils sont généralement formés d’enroulements primaires et secondaires ou d’enroulements, où la tension sur le primaire est entrée vers le haut ou vers le bas à l’enseignement secondaire, ou l’inverse. Quand une tension est appliquée à un des enroulements et des flux actuels en que sinueuses, flux est induite dans le noyau magnétique, en couplant les deux enroulements. Avec un courant alternatif courant, flux AC est induite, et son taux de variation induit tension sur l’enroulement secondaire (Loi de Faraday). Flux génétique entre les deux enroulements dépend du nombre de spires de chaque enroulement ; par conséquent, si les enroulements primaires ont des tours de plus que la tension d’enroulement, secondaire sera supérieurs sur le primaire sur le secondaire et vice versa.

Cette expérience caractérise un transformateur monophasé en trouvant ses paramètres de circuit équivalent. Trois essais ont été réalisés : circuit ouvert test, test et le test de DC de court-circuit.

Le transformateur utilisé dans cette expérience est évalué à 115 V/24 V, 100 va La tension nominale est la capacité de l’isolation de chaque enroulement à gérer en toute sécurité les tensions spécifiques, tandis que la puissance en VA ou la puissance (Watt) viennent de l’actuelle capacité de traitement de ces bobinages, épaisseur du fil spécifiquement. Il est important de ne pas mélanger primaire et secondaire avec la nomenclature de haute et basse tension. Pour cette expérience, le côté primaire est supposé avoir la cote V 115, tandis que le côté secondaire est évalué à 24 V. Le côté V 115 a deux bornes marquées IN1 et IN2, tandis que le côté secondaire a deux bornes marquées OUT1 et OUT2.

Le côté haute tension est couramment utilisé pour les essais pour parvenir à une résolution plus tension de court-circuit. Par exemple, si un transformateur est évalué pour 1200 V/120 V, un court-circuit sur les 120 V probablement évalué courant avec moins de 10 % de la 1200 V, ce qui en fait un 0-120 V variable auto-transformateur (thyristor) sur le 1200 V convenable pour ce test. Le côté basse tension est couramment utilisé pour l’analyse de circuit ouvert, étant donné que cette tension n’est plus accessible dans le laboratoire. Ainsi, cette démarche est suivie comme une pratique normale dans cette expérience.

Le test de circuit ouvert aide à estimer l’inductance mutuelle entre deux enroulements, ainsi que les pertes de puissance core causées par le flux induit dans le noyau. Le test de court-circuit permet d’identifier l’inductance de fuite des deux enroulements, puisque le courant maximum est dessiné dans le court circuit et quelques fuites de flux de base autour des enroulements. La résistance du fil DC test aide à mesure des deux enroulements.

1. DC Test

1. Tourner sur la basse tension alimentation DC disponible sur le banc.
2. Sa tension de sortie la valeur 0 V et fixer la limite actuelle de 0,8 A.
3. Vérifiez les connexions du circuit, puis connectez la sortie de l’alimentation dans les bobinages du côté primaire (IN1 et IN2). L’enroulement secondaire (OUT1 et OUT2) laisser ouvert.
4. Ouvrir l’alimentation et augmenter légèrement la tension jusqu'à ce que la limite actuelle est atteinte. Notez que l’alimentation peut être déjà limitée dans le courant lorsque l’alimentation est allumée. N’augmentent pas la limite actuelle.
5. Enregistrer la tension et des lectures actuelles de l’affichage de l’approvisionnement de puissance.
6. Régler la tension à 0 V et débrancher l’alimentation.
7. Ajuster la limite de courant de 4 A, puis connectez la sortie de l’alimentation à travers l’enroulement secondaire (OUT1 et OUT2). Les enroulements du côté primaire (IN1 et IN2) laisser ouvert.
8. Ouvrir l’alimentation et augmenter légèrement la tension jusqu'à ce que la limite actuelle est atteinte. Notez que l’alimentation peut être déjà limitée dans le courant lorsque l’alimentation est allumée. N’augmentent pas la limite actuelle.
9. Enregistrer la tension et des lectures actuelles de l’affichage de l’approvisionnement de puissance. Pour ce transformateur, la tension d’entrée est de 3,5 V et le courant est de 0,8 A.
10. Régler la tension à 0 V, couper l’alimentation et le débrancher.
11. Mesurer la résistance entre les enroulements primaires avec un multimètre.
12. Mesurer la résistance entre les enroulements secondaires avec un multimètre.
13. Il est courant d’avoir la résistance plus élevée du côté tension soit supérieure à la résistance de côté basse tension due au fait que puissance sur les deux côtés est idéalement égale et une tension plus élevée signifie moins de résistance actuels et donc plus faible. Le test de DC et de la résistance mesurée sur le multimètre doivent correspondre étroitement.

2. circuit ouvert Test

1. Assurez-vous que la source triphasée est désactivé.
2. Raccordez le circuit pour l’épreuve de circuit ouvert (Fig. 1). Utilisez un wattmètre numérique.
3. Assurez-vous que le thyristor est à 0 %.
4. Vérifiez que les connexions du circuit sont comme prévu de Fig. 1 et puis allumez la source triphasée.
5. Réglez progressivement le bouton transfo variable jusqu'à ce que la tension mesurée sur le wattmètre numérique atteint 24 V.
6. Enregistrer le facteur de tension, courant, puissance réelle et puissance du power meter.
7. Ensemble le VARIAC retour à 0 %, éteignez la source triphasée et déconnecter la sortie VARIAC.
8. Lors de l’essai à vide ou à vide, la réactance magnétisante (X,_m) et la résistance de perte noyau (R_C) sont trouvent de l’actuelle (j’ai_OC), tension (V_OC) et de puissance (P_OC ) mesures comme suit :
   R_C= V_OC²oc/p_OC (1)
   et X_m= V_OC²oc/q_OC (2)
   où Q_OC²=(V_OCj’ai_OC)²- P_OC² (3)

Figure 1 : schéma d’essai DC. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

3. essai de court-circuit

1. Assurez-vous que la source triphasée est désactivé.
2. Raccordez le circuit pour le test de court-circuit (Fig. 2). Assurez-vous que IN1 et IN2 sont connectés à la sortie VARIAC.
3. Assurez-vous que le thyristor est à 0 %.
4. Calculer le courant d’entrée nominal du transformateur. Cela se trouve en divisant la puissance en VA par le voltage indiqué sur le côté de l’entrée. Par exemple, si l’entrée est de 115 V et la puissance en VA est 100 VA, le courant d’entrée nominal est de 100/115 = 0,87 A.
5. Vérifier le circuit et puis allumez la source triphasée.
6. Lentement et soigneusement ajuster le bouton transfo variable jusqu'à ce que la lecture courante sur le wattmètre numérique atteigne le courant d’entrée nominal.
7. Enregistrer le facteur de tension, courant, puissance réelle et de puissance sur le wattmètre.
8. Ensemble le VARIAC retour à 0 %, éteignez l’interrupteur-sectionneur et déconnecter la sortie VARIAC. Garder le câble triphasé transformateur variable.
9. Supprimer le court-circuit placé à travers le transformateur secondaire.
10. Dans le test de court-circuit, la réactance de fuite (X₁+X₂' = X_eq) et la résistance du fil (R₁+R₂' = R_eq) les deux enroulements sont présentes de l’actuel (j’ai_SC ), tension (V_SC) et les mesures de la puissance (P,_SC) comme suit :
    R_eq=P_SC/I_SC² (4)
    et X_eq= Q_SC/I_SC² (5)
    où Q_SC²=(V_SC I_SC)²- P_SC² (6)
11. X₁ est censé pour être égal à X₂', tandis que R₁ et R₂' peut être utilisé depuis l’essai DC (ou au moins un d'entre eux). Si l’essai de DC n’est pas effectué, il est courant de supposer que R₁ et R₂' sont égales.

Figure 2 : court-circuit test schéma. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

4. Test de charge

Essais de chargement de montrent comment les valeurs de courant et la tension sont en corrélation entre les côtés d’entrée et de sortie du transformateur où idéalement, V1/v₂ = j’ai2/i₁ = N1/n₂ = un où N est le nombre de spires, indices 1 et 2 sont pour les côtés primaires et secondaires, respectivement, et un est le rapport des spires. L’impédance du côté secondaire reflétée le côté primaire est R'=²R ou X'=²X.

1. Assurez-vous que la source triphasée est désactivé.
2. Raccordez le circuit pour le test de charge (Fig. 3). Assurez-vous que IN1 et IN2 sont connectés à la sortie VARIAC.
3. Assurez-vous que le thyristor est à 0 %.
4. Connecter une sonde de tension différentielle oscilloscope à travers le primaire avec un réglage de 1/200. Ajuster la mesure de la sonde pour 0 V compenser avec un facteur d’échelle approprié.
5. Connecter une sonde de courant oscilloscope pour mesurer le courant de charge. Ajuster la mesure de la sonde pour le décalage de 0 mV avec un 1 X échelle facteur pour un 100 mV / un paramètre.
6. Vérifier le circuit et puis allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
7. Réglez progressivement le bouton transfo variable jusqu'à ce que V_P indique 115 V.
8. Enregistrer le facteur de tension, courant, puissance réelle et de puissance des deux wattmètres numériques.
9. Capturer l’écran de l’oscilloscope au moins trois cycles montré.
10. Eteignez la source triphasée et le thyristor a fixé à 0 %.
11. Remplacer la résistance de 100 Ω avec des résistances de trois 100 Ω en parallèle.
12. Allumez la source triphasée et lentement ajuster le bouton transfo variable jusqu'à que v_Plit 115 V.
13. Enregistrer les deux puissance numérique compteur lectures uniquement (aucune capture d’écran oscilloscope).
14. Ensemble le VARIAC retour à 0 %, éteignez l’interrupteur-sectionneur et débrancher l’installation.

Figure 3 : schéma de test de charge. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

En effectuant le DC, circuit ouvert, de court-circuit et charger les essais, circuit équivalent du transformateur, les paramètres ont été identifiés ; par conséquent, simulation, le fonctionnement et analyser le comportement du transformateur réaliste deviennent possibles.

Le test de court-circuit est généralement effectué en appliquant une tension croissante sur le côté haute tension, depuis que de petites tensions sur que côté peut causer courant nominal s’écouler du côté de court-circuit basse tension. Ceci est utile dans le transformateur à courant nominal de fonctionnement et, par conséquent, essais de capacité actuelle.

Pour cet essai, la tension de court-circuit est 11,9 V, le courant de court circuit est 0,865 A et la puissance de court-circuit est 7.11 W. Les mesures de court-circuit sont ensuite utilisés pour calculer la réactance de fuite, qui est 9.94Ω dans ce cas. Le côté primaire qui en résulte et les réactances côté réfléchie sont chaque 4.97Ω. La résistance totale du fil est égale à 9.502Ω. En soustrayant la résistance de l’enroulement primaire (4.375Ω) on obtient 5.127

Comme pour l’essai à vide, il est utile pour s’assurer que les capacités isolation de transformateur tension soient respectées lors de l’exécution de tension assignée au plus. Autres tests, tels que des essais d’isolation haute-pot pour rupture matériel d’isolation, des essais de vibrations mécaniques, etc., sont également effectuées mais pour plusieurs applications de pointe.

Pour ce transformateur, la tension de circuit ouvert est de 23,8 V, le courant de circuit ouvert est 335,5 mA et l’alimentation du circuit ouvert est 2.417 W. De ces mesures, la résistance de perte noyau, le R_c et la mutuelle réactance, X_m, peuvent être calculées comme 234.35Ω et 74.67Ω respectivement.

Les tests décrits sont essentiels dans l’évaluation de l’impédance d’un transformateur et en déterminer ses paramètres de circuit équivalent. Étant donné que les transformateurs varient de chargeurs simples à haute puissance transmission AC, adéquatement caractériser différents transformateurs pour diverses applications est essentiel. Impédance du transformateur est utilisé dans les systèmes d’alimentation pour déterminer les impédances de faute possible de chaque côté d’un transformateur, rapprochant l’efficacité d’un transformateur, calculer sa ligne et régulation et simuler le transformateur dans le cadre du plus grand électrique systèmes.