Overview
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.
Principles
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.
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Procedure
1. C.C. prueba
- Encienda la fuente de alimentación de C.C. de baja tensión disponible en el Banco.
- Su tensión de salida se establece en 0 V y establece el límite actual en 0,8 A.
- 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.
- 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.
- Registrar el voltaje y lecturas de corriente de la pantalla de la fuente de poder.
- Ajustar la tensión a 0 V y desconectar la alimentación.
- 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.
- 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.
- 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.
- Ajustar la tensión a 0 V, apague la fuente y desconecte.
- Mida la resistencia en los devanados del primarios con un multímetro.
- Mida la resistencia en los devanados secundarios con un multímetro.
- 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
- Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
- Conecte el circuito para la prueba de circuito abierto (Fig. 1). Utilice un medidor de potencia digital.
- Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
- Verifique que las conexiones del circuito son como se esperaba de Fig. 1 y luego encienda la fuente de corriente trifásica.
- Poco a poco ajuste la perilla VARIAC hasta 24 V el voltaje de lectura en el medidor de potencia digital.
- Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia de la central de medida.
- Conjunto el VARIAC de nuevo a 0%, la fuente de corriente trifásica y desconecte la salida VARIAC.
- En la prueba de circuito abierto o sin carga, la reactancia de magnetización (Xm) y la resistencia de pérdida de base (RC) se encuentran de la corriente (IOC), voltaje (VOC) y energía (POC ) medidas como sigue:
RC= VOC2/POC (1)
y Xm= VOC2oc/qOC (2)
donde QOC2=(VOCqueOC)2- POC2 (3)
Figura 1: diagrama esquemático de prueba DC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. prueba de cortocircuito
- Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
- Conecte el circuito para la prueba de cortocircuito (Fig. 2). Asegúrese de que IN1 y IN2 son conectados a la salida del VARIAC.
- Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
- 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.
- Controlar el circuito y luego encender la fuente de corriente trifásica.
- Lentamente y con cuidado ajuste la perilla VARIAC, hasta que llegue a la lectura actual del medidor de energía digital corriente de entrada nominal.
- Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia en el medidor de energía.
- 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.
- Retire el cortocircuito colocado en el transformador secundario.
- En la prueba de cortocircuito, la reactancia de fuga (X1+X2' = Xeq) y resistencia (R1+R2' = Req) de ambos bobinados se encuentran de la corriente (ISC ), voltaje (VSC) y la medición de la potencia (PSC) como sigue:
Req=PSC/ISC2 (4)
y Xeq= QSC/ISC2 (5)
donde QSC2=(VSC ISC)2- PSC2 (6) - 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.
- Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
- Conecte el circuito para la prueba de carga (Fig. 3). Asegúrese de que IN1 y IN2 son conectados a la salida del VARIAC.
- Asegúrese de que el VARIAC es 0%.
- 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.
- 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.
- Controlar el circuito y luego encienda el interruptor de desconexión de tres fases.
- Ajuste lentamente la perilla del VARIAC hasta que VP 115 V.
- Registrar el factor de tensión, corriente, potencia real y potencia de ambos medidores de potencia digital.
- Capturar la pantalla de osciloscopio con al menos tres ciclos que se muestra.
- Apague la fuente de corriente trifásica y establezca el VARIAC al 0%.
- Reemplazar el resistor de 100 Ω con resistencias de tres 100 Ω en paralelo.
- Encienda la fuente de corriente trifásica y ajuste lentamente la perilla del VARIAC hasta que vPLee 115 V.
- Registrar las dos potencia digital medidor lecturas sólo (ninguna captura de la pantalla del osciloscopio).
- 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.
Transformadores monofásicos se utilizan en fuentes de alimentación y otros equipos para convertir voltajes de CA y de corrientes de un valor a otro. Los transformadores son críticos para proporcionar aislamiento eléctrico necesario para la operación segura de muchos instrumentos de laboratorio y sanitarios. Si la entrada y salida no comparten un terminal común, el transformador puede transferir energía con separación física completa. Esto evita que electricidad en el lado de alta tensión peligroso de un sistema de circuitos y personas en el lado de baja tensión segura. Comprensión de los componentes dentro de un transformador es importante para el diseño y análisis de transformador. Este video demuestra cómo medir parámetros eléctricos de los componentes del transformador mediante la realización de varias pruebas.
Un transformador tiene un par de terminales de entrada conectado a una bobina o devanado primario y un par de terminales de salida conectada a una bobina secundaria. Un núcleo de acero, ferrita o incluso simplemente aire magnéticamente las parejas los dos devanados. Un voltaje en una bobina produce corriente fluir a través de él, creando un campo magnético. Flujo magnético, que es la cantidad de campo magnético pasa a través de un área se une entonces a través del núcleo para el bobinado secundario donde induce un voltaje. Este principio se denomina inducción mutua. Ley de Faraday indica velocidad de ese flujo de tiempos de cambio, que el número de bobinas es igual al voltaje inducido. También llamado fuerza electromotriz o EMF. Un voltaje de C.C. a través de la bobina primaria es constante por lo tanto el flujo magnético resultante también es constante y la tasa de cambio es cero. Sin embargo una tensión de CA produce un flujo magnético con una tasa cero de cambiar y, en consecuencia, induce un voltaje. En otras palabras un voltaje de CA es necesario para el transformador operar. La relación de vueltas del transformador es el número de vueltas de alambre en la bobina primaria dividida por el número de vueltas en la bobina secundaria. La relación de voltaje en el primario a tensión en el secundario es igual a la relación de vueltas. Dependiendo de la relación un transformador puede intensificar la tensión, bajar voltaje o mantener el mismo. La relación de la corriente por el primario a la corriente a través del secundario es igual al inverso de la relación. Por ejemplo si la bobina primaria tiene tres vueltas y el secundario tiene 30 vueltas, las vueltas de la relación es de 0.1. 120 voltios en el primario de este transformador se convierte así en 1200 voltios en el secundario. 10 amperios a través de la primaria se convierte en 1 amp a través del secundario. Finalmente si la bobina secundaria tiene una carga de impedancia Z2, la bobina primaria tiene una carga aparente o reflexiva, primer Z2. El valor de esta carga reflexiva es la impedancia en el lado secundario multiplicado por el cuadrado de la relación. Un transformador se puede considerar un par de inductores acoplados que idealmente transfiere energía sin pérdida de una bobina a otra. Sin embargo, un transformador real ha filtrado flujo magnético o inductancia de fuga que no contribuye a la transferencia de energía entre las bobinas. Además de un transformador real experiencias disipación de energía y calentamiento de las resistencias de la bobina. Flujo magnético en el núcleo es una fuente adicional de calor debido a la resistencia de pérdida de núcleo. Para evitar daños, se utiliza una potencia máxima de entrada llama la calificación de VA o el producto del voltaje y la corriente de energía. Ahora que se han introducido los conceptos básicos de un transformador, echemos un vistazo a cómo medir parámetros eléctricos de un transformador.
El transformador utilizado en este experimento está preparado para soportar un máximo de 115 voltios en el bobinado primario y un máximo de 24 voltios a la bobina secundaria. Además, este transformador tiene una potencia nominal de 100VA lo que significa que puede aceptar un máximo de 100 vatios de potencia. Esta prueba de DC mide la resistencia de cada devanado para el uso en el modelo del circuito equivalente del transformador. Primero establecer la baja tensión C.C. fuente voltaje potencia cero voltios y el límite de corriente a 0,8 amperios. Luego apague la fuente. Conecte la salida de la fuente de energía en la bobina primaria. No conecte nada a la bobina secundaria. Encienda la fuente de alimentación y la tensión aumenta gradualmente hasta alcanzar el límite de corriente. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de la pantalla de la fuente de alimentación. Calcular la resistencia de la bobina primaria dividiendo el voltaje por la corriente. Ajustar la tensión de alimentación a cero voltios y la apague. Conecte la fuente de alimentación en la bobina secundaria dejando un circuito abierto en la bobina primaria. Establecer el límite de corriente en la alimentación de 4 amperios. Entonces la tensión aumenta gradualmente hasta alcanzar el límite de corriente. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de la pantalla de la fuente de alimentación. Calcular la resistencia de la bobina secundaria. Ajustar la tensión de alimentación a cero voltios, apáguelo y desconecte el transformador. Finalmente utilice un multímetro para confirmar las resistencias calculadas a través de los devanados primario y secundarios.
La prueba de circuito abierto mide los reactivo mutuos o la oposición a un cambio en la corriente de la resistencia de pérdida de núcleo. Resistencia de pérdida de base es el parámetro de circuito equivalente para la disipación de energía y aproxima a las pérdidas en el núcleo del transformador. Y la fuente de alimentación trifásica de la Variac a cero por ciento, arme el circuito como se indica. Utilizar un medidor de potencia digital para medir corriente de circuito abierto y el voltaje en el lado primario. Encienda la fuente de alimentación trifásica y ajuste lentamente la perilla de control de Variac para aumentar el voltaje hasta que el medidor de potencia digital indica 24 voltios. Registrar la tensión de circuito abierto, circuito abierto corriente, circuito abierto potencia real y factor de potencia. Use estos valores para calcular los parámetros del circuito equivalente del transformador. La resistencia de la pérdida del núcleo, RC se calcula de la tensión de circuito abierto y corriente de circuito abierto. La reactancia mutua XM se calcula de manera similar utilizando corriente, potencia y voltaje de circuito abierto.
La prueba de corto circuito mide los reactivos de fuga y también puede determinar la resistencia del cable de ambos bobinados. Primero calcular la corriente de entrada nominal del transformador al dividir la calificación VA por la clasificación de voltaje para el lado de la entrada. Con la fuente de alimentación apagado y Variac a cero salida por ciento Arme el circuito como se muestra. Esta vez utilice el medidor de potencia digital para medir la corriente de cortocircuito y tensión. Encienda la fuente de alimentación trifásica y ajuste lentamente el Variac para aumentar el voltaje hasta que la lectura actual del medidor de energía digital llega a la corriente de entrada nominal. Registrar la tensión de cortocircuito y corriente así como el verdadero poder de cortocircuito y el factor de potencia. Los reactivos de la salida es la suma de los reactivos del lado primario y los reactantes de lado secundario reflejada que se asumen para ser iguales. Calcular el reactivo de salida con las mediciones de la prueba de corto circuito. Finalmente calcular la resistencia total del cable de ambos bobinados como la suma de la resistencia de la bobina primaria y la resistencia reflejada de la bobina del lado secundario.
Los transformadores son dispositivos eléctricos muy útiles que tienen aplicaciones en el área de conversión de potencia y de aislamiento eléctrico de seguridad. La prueba de carga mide el cociente de la tensión en el primario a tensión en el secundario, así como la relación de la corriente por el primario a la corriente a través del secundario. El circuito fue montado con una resistencia de 100 Ohm conectada para el lado secundario y la corriente y el voltaje medido en ambos lados. Con el lado primario en 115 voltios, voltaje, corriente, potencia real y factor de potencia se midieron en ambos lados. La relación entre la tensión primaria a tensión secundaria idealmente debe ser igual a la relación. Un estudio de las neuronas sensoriales olfativas de ratones utiliza luz ultravioleta de un tubo de flash de xenón para disociar ciertos compuestos. El circuito para un tubo de flash requiere altos voltajes generados con un transformador elevador de tensión. Como con todos los equipos de alta tensión, diseño seguro utiliza transformadores para aislamiento eléctrico para evitar un cortocircuito accidental entre los componentes con tensiones peligrosas y otros aparatos electrónicos en el circuito.
Sólo ha visto la introducción de Zeus para transformadores monofásicos. Ahora debe entender cómo funciona un transformador así como forma de medir los parámetros del circuito equivalente. ¡Gracias por ver!
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Results
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, Rc y reactancia mutua, Xm, pueden calcularse como 234.35Ω y 74.67Ω respectivamente.
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Applications and Summary
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.
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