Overview
출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
변압기는 AC 전압을 위또는 아래로 단계 고정 전기 기계입니다. 그들은 일반적으로 기본 및 보조 코일 또는 권선으로 형성되며, 기본의 전압은 보조 또는 다른 방법으로 위 또는 아래로 강화됩니다. 권선 및 전류 흐름 중 하나에 전압이 가해지면, 플럭스는 자기 코어에서 유도되어 두 권선을 결합합니다. AC 전류를 사용하면 AC 플럭스가 유도되고 변경 속도가 보조 권선(Faraday's law)에 전압을 유도합니다. 두 권선 사이의 플럭스 연결은 각 권선의 회전 수에 따라 달라집니다; 따라서 기본 권선이 보조 권선보다 더 많은 회전을 하는 경우, 전압은 보조 권선보다 주에서 더 높고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
이 실험은 동일한 회로 매개 변수를 찾아 단일 위상 변압기를 특성화합니다. 세 가지 테스트가 수행됩니다: 개방 회로 테스트, 단락 테스트 및 DC 테스트.
Principles
이 실험에 사용된 변압기는 115 V/24 V, 100 VA로 평가됩니다. 전압 등급은 특정 전압을 안전하게 처리하기 위해 각 권선의 절연 기능에서 비롯되며 VA 등급 또는 전력(Watt) 등급은 이러한 권선, 특히 와이어 두께의 현재 처리 기능에서 비롯됩니다. 기본 및 보조 를 고전압 및 저전압 명명과 혼합하지 않는 것이 중요합니다. 이 실험의 경우 기본 측면은 115 V 등급을 가지는 것으로 가정되며 보조 측면은 24 V로 평가됩니다. 115 V 측에는 IN1과 IN2라는 두 개의 단말이 있으며, 보조 측에는 OUT1과 OUT2라는 두 개의 단말이 있습니다.
고전압 측면은 일반적으로 더 많은 전압 해상도를 달성하기 위해 단락 테스트에 사용됩니다. 예를 들어 변압기가 1200 V/120 V에 대해 평가되는 경우, 120 V의 단락은 아마도 1200 V의 10% 미만으로 흐르는 전류를 평가하여 이 테스트에 적합한 1200 V에 0-120 V 가변 자동 변압기(VARIAC)를 만듭니다. 이 전압은 실험실에서 더 쉽게 접근할 수 있기 때문에 저전압 측면은 일반적으로 개방 회로 테스트에 사용됩니다. 따라서 이 방법은 이 실험에서 표준 관행으로 따릅니다.
개방 회로 테스트는 두 권선 사이의 상호 유도뿐만 아니라 코어에 유도 된 플럭스로 인한 핵심 전력 손실을 추정하는 데 도움이됩니다. 단락 테스트는 최대 전류가 단락에 그려지고 권선 주위의 코어에서 일부 플럭스가 누출되기 때문에 두 권선의 누설 유도를 식별하는 데 도움이 됩니다. DC 테스트는 두 권선의 와이어 저항을 측정하는 데 도움이 됩니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. DC 테스트
- 벤치에서 사용할 수 있는 저전압 DC 전원 공급 장치를 켭니다.
- 전압 출력을 0V로 설정하고 전류 제한을 0.8A로 설정합니다.
- 회로 연결을 다시 확인한 다음 기본 측 권선(IN1 및 IN2)에 전원 공급 장치 출력을 연결합니다. 보조 측 권선(OUT1 및 OUT2)을 열어 둡니다.
- 공급을 켜고 전류 한계에 도달할 때까지 전압을 약간 늘립니다. 공급이 켜져 있을 때 공급이 이미 전류 제한일 수 있습니다. 현재 제한을 늘리지 마십시오.
- 전원 공급 장치 디스플레이에서 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
- 전압을 다시 0 V로 설정하고 공급을 분리합니다.
- 전류 제한을 4A로 조정한 다음 보조 측 권선(OUT1 및 OUT2)에서 공급 출력을 연결합니다. 기본 측 권선(IN1 및 IN2)을 열어 둡니다.
- 공급을 켜고 전류 한계에 도달할 때까지 전압을 약간 늘립니다. 공급이 켜져 있을 때 공급이 이미 전류 제한일 수 있습니다. 현재 제한을 늘리지 마십시오.
- 전원 공급 장치 디스플레이에서 전압 및 전류 판독값을 기록합니다. 이 변압기의 경우 입력 전압은 3.5V이고 전류는 0.8A입니다.
- 전압을 다시 0 V로 설정하고 공급을 끄고 연결을 끊습니다.
- 멀티 미터로 기본 권선에 걸쳐 저항을 측정합니다.
- 멀티 미터로 보조 권선에 걸쳐 저항을 측정합니다.
- 양측의 전력이 이상적으로 동등하고, 전압이 높을수록 전류가 낮아 저항성이 낮아져 낮은 전압 측면 저항성이 낮은 전압 측면 저항보다 높은 전압 측면 저항성이 있는 것이 일반적입니다. DC 테스트 및 멀티 미터의 측정 저항은 밀접하게 일치해야합니다.
2. 오픈 서킷 테스트
- 3단계 소스가 꺼져 있는지 확인합니다.
- 개방 회로 테스트(도 1)를 위해 회로를 연결합니다. 디지털 파워 미터를 사용합니다.
- VARIAC가 0%인지 확인합니다.
- 도 1에서 회로 연결이 예상대로 있는지 다시 확인한 다음 3상 소스를 켭니다.
- 디지털 파워 미터의 전압 판독값이 24V에 도달할 때까지 VARIAC 노브를 천천히 조정합니다.
- 전력 계의 전압, 전류, 실제 전력 및 전력계를 기록합니다.
- VARIAC를 다시 0으로 설정하여 3상 소스를 끄고 VARIAC 출력을 분리합니다.
- 개방회로 또는 노로드 테스트에서, 자화반응(Xm)및 코어 손실 저항(RC)은전류(IOC),전압(V OC), 및전력(POC)측정에서 다음과 같이 발견된다.
RC= VOC2/POC (1)
및 Xm= VOC2/QOC (2)
어디 QOC2=(VOCIOC)2- P OC2 (3)
그림 1: DC 테스트 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 단락 테스트
- 3단계 소스가 꺼져 있는지 확인합니다.
- 단락 테스트(그림 2)를 위해 회로를 연결합니다. IN1과 IN2가 VARIAC 출력에 연결되어 있는지 확인합니다.
- VARIAC가 0%인지 확인합니다.
- 변압기의 정격 입력 전류를 계산합니다. 이는 입력 측의 전압 등급으로 VA 등급을 분할하여 발견된다. 예를 들어 입력이 115V이고 VA 등급이 100 VA인 경우 입력 전류 등급은 100/115= 0.87 A입니다.
- 회로를 확인한 다음 3상 소스를 켭니다.
- 디지털 파워 미터의 현재 판독값이 정격 입력 전류에 도달할 때까지 VARIAC 노브를 천천히 신중하게 조정합니다.
- 전력 계측기의 전압, 전류, 실제 전력 및 전력계를 기록합니다.
- VARIAC를 다시 0으로 설정하려면 연결 해제 스위치를 끄고 VARIAC 출력을 분리합니다. VARIAC 3단계 케이블을 연결합니다.
- 변압기 보조에 걸쳐 배치된 단락을 제거합니다.
- 단락 테스트에서, 누설반응(X1+X2'=Xeq)및 와이어 저항(R1 +R2'=Req)은전류(I SC), 전압(VSC),및 전력(PSC)측정에서 다음과 같이 발견된다.
Req=PSC/ISC2 (4)
및 Xeq= QSC/ISC2 (5)
QSC2=(VSC ISC)2 - P SC2 (6) - X1은 X2'와같으며 R1 및 R2'는 DC 테스트(또는 그 중 하나 이상)에서 사용할 수 있습니다. DC 테스트가 수행되지 않으면 R1 및 R2'가 동일하다고 가정하는 것이 일반적입니다.
그림 2: 단락 테스트 회로 회로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 로드 테스트
부하 테스트는 전류 및 전압 값이 변압기의 입력 및 출력 측면 사이의 상관관계를 보여 주며, V1/V2 = I2/I1 = N1/N2 = N이 회전 수인 경우, 서브스크립트 1 및 2는 각각 1차 및 보조 면에 대해, 및 a회전 비율이다. 기본 측에 반사되는 보조 측의 임피던스는 R'=2R 또는 X'=2X입니다.
- 3단계 소스가 꺼져 있는지 확인합니다.
- 부하 테스트의 회로를 연결합니다(그림 3). IN1과 IN2가 VARIAC 출력에 연결되어 있는지 확인합니다.
- VARIAC가 0%인지 확인합니다.
- 1/200 설정으로 주 전체에 오실로스코프 차동 전압 프로브를 연결합니다. 적절한 배율 계수로 0V 오프셋에 대한 프로브 측정을 조정합니다.
- 오실로스코프 전류 프로브를 연결하여 부하 전류를 측정합니다. 100mV/A 설정에 대해 1X 스케일링 계수로 0mV 오프셋에 대한 프로브 측정을 조정합니다.
- 회로를 확인한 다음 3상 분리 스위치를 켭니다.
- VP가 115 V를 읽을 때까지 VARIAC 노브를 천천히 조정합니다.
- 디지털 전력 계수의 전압, 전류, 실제 전력 및 전력계를 기록합니다.
- 적어도 세 사이클이 표시된 오실로스코프 화면을 캡처합니다.
- 3단계 소스를 끄고 VARIAC를 0%로 설정합니다.
- 100 Ω 저항기를 100 Ω 저항기 3개로 교체합니다.
- 3상 소스를 켜고 VP가115 V를 읽을 때까지 VARIAC 노브를 천천히 조정합니다.
- 두 개의 디지털 파워 미터 판독값만 기록합니다(오실로스코프 화면 캡처 없음).
- VARIAC를 다시 0으로 설정하려면 연결 해제 스위치를 끄고 설정을 분리합니다.
그림 3: 로드 테스트 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
단일 상 변압기는 전원 공급 장치 및 기타 장비에 사용되어 AC 전압과 전류를 한 값에서 다른 값으로 변환합니다. 변압기는 많은 실험실 기기 및 의료 기기의 안전한 작동에 필요한 전기 절연을 제공하는 데 매우 중요합니다. 입력 및 출력이 공통 단자공유하지 않으면 변압기는 완전한 물리적 분리로 전력을 전송할 수 있습니다. 이를 통해 시스템의 위험한 고전압 측면의 전기가 회로와 안전한 저전압 면에 있는 사람들에게 도달하는 것을 방지할 수 있습니다. 변압기 분석 및 설계에 는 변압기 내의 구성 요소를 이해하는 것이 중요합니다. 이 비디오는 다양한 테스트를 수행하여 변압기 구성 요소의 전기 파라미터를 측정하는 방법을 보여줍니다.
변압기에는 1차 권선 또는 코일에 연결된 입력 단자 쌍과 보조 권선에 연결된 출력 단자가 있습니다. 강철, 페릿 또는 단순히 공기로 구성된 코어는 두 개의 권선과 자석으로 결합합니다. 한 권선에 걸쳐 전압은 전류가 그것을 통해 흐르고 자기장을 만듭니다. 영역을 통과하는 자기장의 양은 코어를 통해 전압을 유도하는 이차 권선에 결합된다. 이 주체를 상호 유도라고 합니다. 패라데이의 법칙에 따르면 플럭스의 변화 속도는 권선 횟수가 유도된 전압과 동일하다고 명시되어 있습니다. 또한 전기 동기 힘 또는 EMF라고합니다. 기본 권선에 걸쳐 DC 전압은 일정하므로 결과 자기 플럭스도 일정하고 변화 속도는 0입니다. 그러나 AC 전압은 제로가 아닌 변속률로 자성 플럭스를 생성하여 결과적으로 전압을 유도합니다. 즉, 변압기가 작동하려면 AC 전압이 필요합니다. 변압기 회전 비율은 보조 권선의 회전 수로 나눈 1 차 권선와이어의 회전 수입니다. 이차 전반에 걸쳐 기본 전압에서 전압에 걸쳐 전압의 비율은 회전 비율과 동일합니다. 회전 비율에 따라 변압기는 전압을 강화하거나 전압을 단계별로 스텝다운하거나 동일하게 유지할 수 있습니다. 이차를 통해 기본에서 전류를 통해 전류와 전류의 비율은 회전 비율의 역과 같습니다. 예를 들어 기본 코일이 세 차례이고 보조 코일이 30회전이 있는 경우 회전 비율은 0.1입니다. 따라서 이 변압기의 기본 에 120 볼트는 보조에 1200 볼트가된다. 10 개의 앰프는 보조를 통해 1 앰프가됩니다. 마지막으로 보조 코일이 임피던스 Z2의 부하를 가지고 있다면, 기본 코일은 명백한 또는 반사 부하, Z2 프라임이 있다. 이 반사 하중의 값은 회전 비율의 제곱을 곱한 보조 측의 임피던스입니다. 변압기는 한 코일에서 다른 코일로 손실없이 에너지를 이상적으로 전송하는 결합 된 인덕터 한 쌍으로 간주 될 수 있습니다. 그러나 실제 변압기는 권선 사이의 에너지 의 전송에 기여하지 않는 자기 플럭스 또는 누설 유도를 유출했다. 또한 실제 변압기는 권선 저항에서 전력 방출 및 가열을 경험합니다. 코어에 유도된 자기 플럭스는 코어 손실 저항으로 인한 추가 열원이다. 손상을 방지하기 위해 지정된 최대 전력 입력을 VA 등급 또는 입력 전압 의 제품 및 전력 전류라고 합니다. 변압기의 기본이 도입되었으므로 변압기의 전기 매개 변수를 측정하는 방법을 살펴보겠습니다.
이 실험에 사용된 변압기는 1차 권선에서 최대 115볼트, 보조 권선에서 최대 24볼트를 견딜 수 있도록 평가된다. 또한 이 변압기는 100VA의 전력 등급을 가지므로 최대 100와트의 전력을 수용할 수 있습니다. 이 DC 테스트는 변압기의 동등한 회로 모델에 사용하기 위해 각 권선의 저항을 측정합니다. 먼저 저전압 DC 전원 공급 전압 출력을 0볼트로 설정하고 전류 제한을 0.8 amps로 설정합니다. 그런 다음 공급을 끕니다. 기본 권선에 전원 공급 장치 출력을 연결합니다. 보조 권선에 연결하지 마십시오. DC 전원 공급 장치를 켜고 전류 한계에 도달할 때까지 전압을 점진적으로 늘립니다. 전원 공급 장치 디스플레이에서 전압 및 전류 판독값을 기록합니다. 전압을 전류로 나누어 기본 권선의 저항을 계산합니다. 전원 공급 장치 전압을 다시 0볼트로 설정하고 끕니다. 기본 권선에 열린 회로를 남기는 보조 권선 에 전원 공급 장치를 연결합니다. 전원 공급 장치에 대한 전류 제한을 4개의 앰프로 설정합니다. 그런 다음 전류 한계에 도달할 때까지 전압을 점진적으로 늘립니다. 전원 공급 장치 디스플레이에서 전압 및 전류 판독값을 기록합니다. 보조 권선의 저항을 계산합니다. 전원 공급 장치 전압을 0볼트로 다시 설정하고 전원을 끄고 변압기에서 분리합니다. 마지막으로 멀티 미터를 사용하여 기본 및 보조 권선에서 계산된 저항을 확인합니다.
개방 회로 테스트는 상호 반응제 또는 핵심 손실 저항에서 전류의 변화에 대한 반대를 측정합니다. 코어 손실 저항은 전력 소멸및 변압기의 코어에서 전력 손실을 근사화하기 위한 동등한 회로 파라미터입니다. 3상 전원이 꺼지고 Variac이 0%로 설정되면 표시된 대로 회로를 조립합니다. 그런 다음 디지털 파워 미터를 사용하여 기본 측의 개방 회로 전류 및 전압을 측정합니다. 3상 전원을 켜고 바리아크의 제어 노브를 천천히 조정하여 디지털 파워 미터가 24볼트를 판독할 때까지 전압을 증가시면 됩니다. 개방 회로 전압, 개방 회로 전류, 오픈 회로 실제 전력 및 전력 계수를 기록합니다. 이러한 값을 사용하여 변압기에 대해 동일한 회로 매개 변수를 계산합니다. 코어 손실 저항, RC는 개방 회로 전압 및 개방 회로 전력에서 계산됩니다. 상호 반응 XM은 개방 회로 전압, 전력 및 전류를 사용하여 유사하게 계산됩니다.
단락 테스트는 누설 반응물질을 측정하고 두 권선의 와이어 저항을 결정할 수도 있습니다. 먼저 VA 등급을 입력 측의 전압 등급으로 나누어 변압기의 정격 입력 전류를 계산합니다. 전원이 꺼지고 Variac출력이 0%로 표시되면 회로가 어셈블됩니다. 이번에는 디지털 파워 미터를 사용하여 단락 전류 및 전압을 측정합니다. 3상 전원을 켜고 바락을 천천히 조정하여 디지털 파워 미터의 전류 판독값이 정격 입력 전류에 도달할 때까지 전압을 증가시면 됩니다. 단락 전압 및 전류뿐만 아니라 단락 실전력 및 전력 계수를 기록합니다. 누설 반응제는 1차 측 반응제와 동등한 것으로 추정되는 반사된 이차 측 반응제의 합이다. 단락 테스트의 측정으로 누설 반응기를 계산합니다. 마지막으로 두 권선의 총 와이어 저항을 1차 권선의 저항과 보조 측 권선의 반사 저항의 합으로 계산합니다.
변압기는 안전을 위해 전력 변환 및 전기 절연 분야에 응용 프로그램이 있는 매우 유용한 전기 장치입니다. 부하 테스트는 보조 를 통해 기본 에서 전압에 걸쳐 전압의 비율뿐만 아니라 보조를 통해 기본 전류를 통해 전류의 비율을 측정합니다. 회로는 보조 측에 연결된 100 Ohm 저항기와 양쪽에서 측정된 전류 및 전압으로 조립되었습니다. 115볼트의 기본 측면과 함께 전압, 전류, 실제 전력 및 전력계수를 양쪽에서 측정했습니다. 기본 전압과 이차 전압의 비율은 회전 비율과 이상적으로 같아야 합니다. 마우스의 후각 감각 뉴런의 연구는 특정 화합물을 해리크에 크세논 플래시 튜브에서 자외선을 사용했다. 플래시 튜브를 구동하기 위한 회로는 스텝업 변압기로 생성된 고전압이 필요했습니다. 모든 고전압 장비와 마찬가지로 안전한 설계는 전기 절연을 위해 변압기를 사용하여 위험한 전압을 가진 부품과 회로의 다른 전자 장치 사이의 우발적인 단락을 방지합니다.
단상 변압기에 대한 Jove의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 변압기가 작동하는 방식과 해당 회로 매개 변수를 측정하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
DC, 개방 회로, 단락 및 부하 테스트를 수행함으로써 변압기의 동등한 회로 매개 변수가 식별되었습니다. 따라서 사실적인 변압기 동작을 시뮬레이션, 작동 및 분석하는 것이 가능해집니다.
단락 테스트는 일반적으로 고전압 측에 증가 전압을 적용하여 수행되며, 그 쪽에 있는 작은 전압만 정격 전류가 단락된 저전압 측면에서 흐르도록 원인이 될 수 있기 때문에. 이는 변압기를 정격 전류로 작동시키고 따라서 현재 운반 기능에 대한 테스트에 유용합니다.
이 테스트의 경우 단락 전압은 11.9V이고 단락 전류는 0.865 A이며 단락 전력은 7.11 W입니다. 그런 다음 단락 측정을 사용하여 누설 반응체를 계산하는 데 사용되며, 이 경우 9.94Ω입니다. 결과 기본 측면과 반사된 측면 반응은 각각 4.97Ω입니다. 총 와이어 저항은 9.502Ω으로 계산됩니다. 기본 권선(4.375Ω)의 저항을 빼면 5.127이 됩니다.
오픈 회로 테스트는 정격 전압을 실행할 때 변압기 전압 절연 기능을 충족하는 데 유용합니다. 절연 재료 고장, 기계적 진동 테스트 등에 대한 고냄비 절연 테스트와 같은 다른 테스트도 수행되지만 고급 응용 분야도 수행됩니다.
이 변압기의 경우, 개방 회로 전압은 23.8V이고, 개방 회로 전류는 335.5mA이고 개방 회로 전력은 2.417 W입니다. 이러한 측정에서, 코어 손실 저항, Rc및 상호 반응, Xm은각각 234.35Ω 및 74.67Ω으로 계산될 수 있다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
설명된 테스트는 변압기의 임피던스를 평가하고 해당 회로 매개 변수를 결정하는 데 중요합니다. 변압기 응용 분야는 간단한 충전기에서 고출력 AC 전송에 이르기까지 다양하므로 다양한 응용 분야에 대해 다양한 변압기를 적절하게 특성화하는 것이 필수적입니다. 변압기 임피던스는 전원 시스템에서 변압기의 양쪽에 가능한 결함 임피던스를 결정하고, 변압기의 효율성을 근사화하고, 라인 및 부하 조절을 계산하고, 더 큰 전기 시스템의 일부로 변압기를 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
