1. Test DC
2. Test a circuito aperto

Figura 1: Schema di test DC. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Test di cortocircuito

Figura 2: Schema di test di cortocircuito. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Prova di carico
I test di carico mostrano come i valori di corrente e tensione siano correlati tra i lati di ingresso e di uscita del trasformatore dove idealmente, V1/ V 2 = I2 / I 1 = N1/ N2 = a dove N è il numero di giri, i pedice 1 e 2 sono rispettivamente per i lati primario e secondario e a è il rapporto di giri. L'impedenza sul lato secondario riflessa sul lato primario è R'=un2R o X'=un2X.

Figura 3: Schema del test di carico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Fonte: Ali Bazzi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università del Connecticut, Storrs, CT.
I trasformatori sono macchine elettriche stazionarie che aumentano o abbassano la tensione CA. Sono tipicamente formati da bobine o avvolgimenti primari e secondari, in cui la tensione sul primario viene intensificata o abbassata al secondario, o il contrario. Quando una tensione viene applicata a uno degli avvolgimenti e la corrente scorre in quell'avvolgimento, il flusso viene indotto nel nucleo magnetico, accoppiando entrambi gli avvolgimenti. Con una corrente alternata, il flusso CA viene indotto e la sua velocità di variazione induce tensione sull'avvolgimento secondario (legge di Faraday). Il collegamento del flusso tra entrambi gli avvolgimenti dipende dal numero di giri di ciascun avvolgimento; pertanto, se gli avvolgimenti primari hanno più giri rispetto all'avvolgimento secondario, la tensione sarà maggiore sul primario che sul secondario e viceversa.
Questo esperimento caratterizza un trasformatore monofase trovando i suoi parametri di circuito equivalenti. Vengono eseguiti tre test: test a circuito aperto, test di cortocircuito e test DC.
1. Test DC
2. Test a circuito aperto

Figura 1: Schema di test DC. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Test di cortocircuito

Figura 2: Schema di test di cortocircuito. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Prova di carico
I test di carico mostrano come i valori di corrente e tensione siano correlati tra i lati di ingresso e di uscita del trasformatore dove idealmente, V1/ V 2 = I2 / I 1 = N1/ N2 = a dove N è il numero di giri, i pedice 1 e 2 sono rispettivamente per i lati primario e secondario e a è il rapporto di giri. L'impedenza sul lato secondario riflessa sul lato primario è R'=un2R o X'=un2X.

Figura 3: Schema del test di carico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I trasformatori monofase sono utilizzati negli alimentatori e in altre apparecchiature per convertire le tensioni e le correnti CA da un valore all'altro. I trasformatori sono fondamentali per fornire l'isolamento elettrico, necessario per il funzionamento sicuro di molti strumenti di laboratorio e dispositivi medici. Se l'ingresso e l'uscita non condividono un terminale comune, il trasformatore può trasferire l'alimentazione con una completa separazione fisica. Ciò impedisce all'elettricità sul lato pericoloso dell'alta tensione di un sistema di raggiungere i circuiti e le persone sul lato sicuro della bassa tensione. La comprensione dei componenti all'interno di un trasformatore è importante per l'analisi e la progettazione dei trasformatori. Questo video dimostrerà come misurare i parametri elettrici dei componenti del trasformatore eseguendo vari test.
Un trasformatore ha una coppia di terminali di ingresso collegati a un avvolgimento primario o bobina e una coppia di terminali di uscita collegati a un avvolgimento secondario. Un nucleo costituito da acciaio, ferrite o anche semplicemente aria accoppia magneticamente i due avvolgimenti. Una tensione attraverso un avvolgimento provoca il flusso di corrente attraverso di esso, creando un campo magnetico. Il flusso magnetico, che è la quantità di campo magnetico che passa attraverso un'area, viene quindi accoppiato attraverso il nucleo all'avvolgimento secondario dove induce una tensione. Questo principio è chiamato induzione reciproca. La legge di Faraday afferma che la velocità di variazione del flusso moltiplicata per il numero di avvolgimenti è uguale alla tensione indotta. Chiamata anche forza elettromotrice o EMF. Una tensione CC attraverso l'avvolgimento primario è costante, quindi anche il flusso magnetico risultante è costante e la velocità di variazione è zero. Tuttavia, una tensione CA produce un flusso magnetico con una velocità di variazione diversa da zero e di conseguenza induce una tensione. In altre parole, è necessaria una tensione alternata per il funzionamento del trasformatore. Il rapporto di spire del trasformatore è il numero di spire di filo sull'avvolgimento primario diviso per il numero di spire sull'avvolgimento secondario. Il rapporto tra la tensione tra il primario e la tensione attraverso il secondario è uguale al rapporto di spire. A seconda del rapporto di spire, un trasformatore può aumentare la tensione, diminuire la tensione o mantenerla invariata. Il rapporto tra la corrente attraverso il primario e la corrente attraverso il secondario è uguale all'inverso del rapporto di spire. Ad esempio, se la bobina primaria ha tre spire e quella secondaria ha 30 spire, il rapporto di spire è 0,1. Quindi 120 volt sul primario di questo trasformatore diventano 1200 volt sul secondario. 10 ampere attraverso il primario diventano 1 ampere attraverso il secondario. Infine, se la bobina secondaria ha un carico di impedenza Z2, la bobina primaria ha un carico apparente o riflettente, Z2 primo. Il valore di questo carico riflettente è l'impedenza sul lato secondario moltiplicata per il quadrato del rapporto di spire. Un trasformatore può essere considerato una coppia di induttori accoppiati che trasferisce idealmente l'energia senza perdite da una bobina all'altra. Tuttavia, un trasformatore reale ha un flusso magnetico o un'induttanza di dispersione che non contribuisce al trasferimento di energia tra gli avvolgimenti. Inoltre, un trasformatore reale subisce la dissipazione di potenza e il riscaldamento dalle resistenze degli avvolgimenti. Il flusso magnetico indotto nel nucleo è un'ulteriore fonte di calore dovuta alla resistenza alla perdita del nucleo. Per evitare danni, viene utilizzata una potenza massima assorbita specificata, chiamata VA nominale, o il prodotto della tensione di ingresso e della corrente, che è la potenza. Ora che le basi di un trasformatore sono state introdotte, diamo un'occhiata a come misurare i parametri elettrici di un trasformatore.
Il trasformatore utilizzato in questo esperimento è in grado di tollerare un massimo di 115 volt sull'avvolgimento primario e un massimo di 24 volt sull'avvolgimento secondario. Inoltre, questo trasformatore ha una potenza nominale di 100VA, il che significa che può accettare un massimo di 100 watt di potenza. Questo test CC misura la resistenza di ciascun avvolgimento per l'uso nel modello di circuito equivalente del trasformatore. Per prima cosa impostare l'uscita della tensione di alimentazione CC a bassa tensione a zero volt e il limite di corrente a 0,8 ampere. Quindi spegnere l'alimentazione. Collegare l'uscita dell'alimentatore attraverso l'avvolgimento primario. Non collegare nulla all'avvolgimento secondario. Accendere l'alimentazione CC e aumentare gradualmente la tensione fino a raggiungere il limite di corrente. Registrare le letture di tensione e corrente dal display dell'alimentatore. Calcolare la resistenza dell'avvolgimento primario dividendo la tensione per la corrente. Riportare la tensione di alimentazione a zero volt e spegnerla. Collegare l'alimentatore attraverso l'avvolgimento secondario lasciando un circuito aperto sull'avvolgimento primario. Impostare il limite di corrente sull'alimentatore a quattro ampere. Quindi aumentare gradualmente la tensione fino a raggiungere il limite di corrente. Registrare le letture di tensione e corrente dal display dell'alimentatore. Calcolare la resistenza dell'avvolgimento secondario. Riportare la tensione di alimentazione a zero volt, spegnerla e scollegarla dal trasformatore. Infine, utilizzare un multimetro per confermare le resistenze calcolate tra gli avvolgimenti primario e secondario.
Il test a circuito aperto misura i reagenti reciproci o l'opposizione a una variazione di corrente dalla resistenza alla perdita del nucleo. La resistenza alla perdita del nucleo è il parametro equivalente del circuito per la dissipazione di potenza e approssima le perdite di potenza nel nucleo del trasformatore. Con la fonte di alimentazione trifase spenta e il Variac impostato allo zero percento, assemblare il circuito come mostrato. Quindi utilizzare un misuratore di potenza digitale per misurare la corrente e la tensione a circuito aperto sul lato primario. Accendere la fonte di alimentazione trifase e regolare lentamente la manopola di controllo del Variac per aumentare la tensione fino a quando il misuratore di potenza digitale non legge 24 volt. Registra la tensione a circuito aperto, la corrente a circuito aperto, la potenza reale a circuito aperto e il fattore di potenza. Utilizzare questi valori per calcolare i parametri del circuito equivalenti per il trasformatore. La resistenza alla perdita del nucleo, RC, è calcolata dalla tensione a circuito aperto e dalla potenza a circuito aperto. La reattanza reciproca XM viene calcolata in modo simile utilizzando tensione, potenza e corrente a circuito aperto.
Il test di cortocircuito misura i reagenti di dispersione e può anche determinare la resistenza del filo di entrambi gli avvolgimenti. Per prima cosa calcola la corrente di ingresso nominale del trasformatore dividendo la valutazione VA per la tensione nominale per il lato di ingresso. Con la fonte di alimentazione spenta e il Variac allo zero percento di uscita, assemblare il circuito come mostrato. Questa volta utilizzare il misuratore di potenza digitale per misurare la corrente e la tensione di cortocircuito. Accendere la fonte di alimentazione trifase e regolare lentamente il Variac per aumentare la tensione fino a quando la lettura della corrente sul misuratore di potenza digitale raggiunge la corrente di ingresso nominale. Registra la tensione e la corrente di cortocircuito, nonché la potenza reale di cortocircuito e il fattore di potenza. I reagenti di dispersione sono la somma dei reagenti del lato primario e dei reagenti del lato secondario riflessi che si presume siano uguali. Calcolare i reagenti di dispersione con le misurazioni del test di cortocircuito. Infine, calcolare la resistenza totale del filo di entrambi gli avvolgimenti come somma della resistenza dell'avvolgimento primario e della resistenza riflessa dell'avvolgimento laterale secondario.
I trasformatori sono dispositivi elettrici molto utili che hanno applicazioni nel campo della conversione di potenza e dell'isolamento elettrico per la sicurezza. Il test di carico misura il rapporto tra la tensione attraverso il primario e la tensione attraverso il secondario, nonché il rapporto tra la corrente attraverso il primario e la corrente attraverso il secondario. Il circuito è stato assemblato con una resistenza da 100 Ohm collegata al lato secondario e la corrente e la tensione misurate su entrambi i lati. Con il lato primario a 115 volt, la tensione, la corrente, la potenza reale e il fattore di potenza sono stati misurati su entrambi i lati. Il rapporto tra la tensione primaria e la tensione secondaria dovrebbe idealmente essere uguale al rapporto di spire. Uno studio sui neuroni sensoriali olfattivi dei topi ha utilizzato la luce ultravioletta di un tubo flash allo xeno per dissociare alcuni composti. Il circuito per pilotare un tubo flash richiedeva alte tensioni generate con un trasformatore step-up. Come per tutte le apparecchiature ad alta tensione, la progettazione sicura utilizza trasformatori per l'isolamento elettrico per evitare cortocircuiti accidentali tra componenti con tensioni pericolose e altri componenti elettronici nel circuito.
Avete appena visto l'introduzione di Giove ai trasformatori monofase. A questo punto dovresti capire come funziona un trasformatore e come misurare i parametri del circuito equivalente. Grazie per l'attenzione!
Eseguendo le prove DC, a circuito aperto, a cortocircuito e di carico, sono stati identificati i parametri del circuito equivalente del trasformatore; pertanto, la simulazione, il funzionamento e l'analisi del comportamento realistico del trasformatore diventano possibili.
Il test di cortocircuito viene solitamente eseguito applicando una tensione crescente sul lato ad alta tensione, poiché solo piccole tensioni su quel lato possono causare il flusso di corrente nominale sul lato a bassa tensi...
I test descritti sono fondamentali per valutare l'impedenza di un trasformatore e per determinarne i parametri di circuito equivalenti. Poiché le applicazioni dei trasformatori variano da semplici caricabatterie a trasmissioni CA ad alta potenza, è essenziale caratterizzare in modo appropriato diversi trasformatori per varie applicazioni. L'impedenza del trasformatore viene utilizzata nei sistemi di alimentazione per determinare possibili impedenze di guasto su entrambi i lati di un trasf...
Chapters in this video
0:06
Overview
1:05
Principles of Single-phase Transformers
4:25
DC Test for Winding Resistance
6:26
Open Circuit Test
7:46
Short Circuit Test
9:06
Applications
10:30
Summary
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