L9. FUNCŢIONAREA ÎN SARCINĂ A

TRANSFORMATORULUI MONOFAZAT

1. Tema lucrării

În lucrare se urmăreşte modul în care se comportă transformatorul la funcţionarea în sarcină, cu

evidenţiere prin măsurători şi trasarea curbelor caracteristice. Se determină experimental şi se

predetermină prin calcul caracteristicile externe şi caracteristica randamentului.

2. Consideraţii teoretice

2.1. Caracteristica externă

La funcţionarea în sarcină a transformatorului, tensiunea de alimentare este presupusă

sinusoidală în timp, de valoare efectivă U1 şi de frecvenţă f1 şi considerată constantă. De asemenea, în

regim termic stabilizat, parametrii înfăşurărilor transformatorului R1, R2', X1, X2' sunt constanţi pentru

transformatorul dat. Singurele mărimi

variabile cu sarcina transformatorului

sunt curentul şi tensiunea secundară, în

valoare efectivă şi fază, şi curentul

primar. Interdependenţa dintre aceste

mărimi, în diferite regimuri de încărcare,

este pusă în evidenţă prin caracteristicile

externe definite astfel:

U2 = f(I2)

la U1 = ct, f1 = ct şi cos 2 = ct.

Alura unor asemenea

caracteristici este cea dată în figura 1.Fig.1Caracteristicile externe ale

transformatorului

U2

U20

0 I2

cos φ2=1

cos φ2 ind

cos φ2 cap

Căderea de tensiune secundară se poate exprima şi în unităţi relative. Astfel, căderea de

tensiune este dată de relaţia

U2 = U20 - U2 (1)

unde U20 este tensiunea secundară la mersul în gol, iar U2 este tensiunea secundară la o sarcină dată.

În unităţi relative, căderea de tensiune este:

uU

U

U U

U22

20

20 2

20

100100

[%] (2)

Curentul de sarcină I2 se exprimă în unităţi relative prin raportarea la curentul nominal I2n,

calculat conform datelor de pe plăcuţa transformatorului

iI

I n2

2

2 (3)

denumit şi factor de încărcare.

Caracteristicile externe exprimate în unităţi relative sunt definite astfel

U2 = f(i2) la cos 2 = ct.

Alura acestor caracteristici este prezentată în figura 2.

Determinarea experimentală a caracteristicilor externe, prin încărcarea directă în sarcină, este

posibilă numai la transformatoarele de mică

putere; la transformatoarele de puteri mari

acestea se predetermină pe baza rezultatelor

obţinute la încercările în gol şi în scurtcircuit.

Aceste regimuri limită de funcţionare

necesită pentru realizarea lor o putere

instalată mult mai mică, de ordinul a 10-15

procente din puterea nominală a

transformatorului.Fig2 Caracteristicile externe exprimate in

unitati relative

β

Δu2

0

cos φ2 cap

cos φ2=1

cos φ2 ind

Expresia după care se calculează căderea de tensiune în vederea determinării caracteristicilor

externe este

u u u u usca scr sca scr

( cos sin ) ( sin cos )2 2

2

2 22

200 (4)

2.2. Caracteristica randamentului

Randamentul transformatorului este definit ca raportul dintre puterea activă P2 transmisă

receptorului pe la bornele secundare şi puterea activă P1 absorbită de la reţeaua de alimentare.

P

P2

1100 [%] (5)

Caracteristica randamentului se defineşte ca

fiind:

= f(I2) la U1 = ct, f1 = ct şi cos 2 = ct

Randamentul se poate determina şi analitic,

expresia caracteristicii fiind :

P

P

S

S P P

n

n Fe jn

2

1

2

22

cos

cos (6)

Alura caracteristicii randamentului este dată

în figura 3.

3. Chestiuni de studiat. Montaje folosite

3.a. Datele nominale ale transformatorului:

Sn =

cos φ2=1

0

Fig.3 Caracteristica randamentului

η

β

cos φ2<1

U1n/U2n =

uscn =

in =

3.b. Determinarea experimentală a caracteristicilor externe şi a randamentului

Se va executa montajul din figura 4.

Aparate utilizate:

Notaţia Caracteristici Nr. inventar

A1

W1

V1

V2

A2

AR

AL

Fig

. 4 S

chem

a de

mon

taj p

entr

u în

cerc

area

în s

arci

nă a

tran

sfor

mat

orul

ui m

onof

azat

Rezultatele experimentale se vor trece într-un tabel de forma

cos 2

calculat

U1

[V]

I1

[A]

P1

[W]

I2R

[A]

I2L

[A]

I2

[A]

U2

[V]

cos 2 u2

[u.r.]

=i2

[%]

1

1

1

1

0,707

0,707

0,707

0,707

0,5

0,5

0,5

0,5

-Se vor face câte cinci măsurări ( = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) pentru cos 2 = 1; cos 2 = 0,707

inductiv şi cos 2 = 0,5 inductiv, în total 15 măsurători.

-Pentru stabilirea unui anumit factor de putere în circuitul de sarcină se au în vedere relaţiile

între componentele în fază şi în cuadratură ale curentului în raport cu tensiunea secundară. Astfel,

pentru cos 2 = 0,707 inductiv I2R = I2L, iar pentru cos 2 = 0,5 inductiv, I2R = 0,5 I2.

-Se vor trasa grafic familiile de caracteristici externe u2 ().

-Se vor trasa grafic caracteristicile () la cos 2 = 1, cos 2 = 0,707 şi cos 2 = 0,5.

-Se va descrie şi se vor deprinde operaţiile de lucru cu un cleşte cosfimetric, cu observaţii privind

curentul său de lucru şi clasa sa de precizie.

3.c. Predeterminarea prin calcul a caracteristicilor externe

Pe baza rezultatelor obţinute la încercarea în scurtcircuit şi folosind relaţia (4) se vor reprezenta

grafic caracteristicile externe u2 = f(i2) la cos 2 = 1, cos 2 = 0,707 şi cos 2 = 0,5.

3.d. Predeterminarea prin calcul a caracteristicilor randamentului

Pe baza rezultatelor obţinute la proba în gol şi proba în scurtcircuit a transformatorului

monofazat şi folosind relaţia (6) se va reprezenta grafic caracteristica randamentului = f() la cos 2 =

1, cos 2 = 0,707 şi cos 2 = 0,5 ind.

Se vor determina factorul de încărcare corespunzător randamentului maxim (max), precum şi

randamentul maxim.

mFen

Jn

P

P

max

S

S P Pn

n Fen jn2

PFen = W m =

PJn = W max =

Rezultatele calculelor se vor trece într-un tabel de forma

cos 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

1

0,707

0,5

NOTĂ. Reprezentările grafice se vor face pe hârtie milimetrică cu o alegere corespunzătoare a scărilor.

Întrebări de testare.1.- Care este scopul acestei lucrări ?2.- Sa se defineasca caracteristicile transformatorului monofazt la functionarea in sarcuna si sa se prezinte graficele lor comentate in valori reale si cele relative. Cum se explica alura acestor caracteristici (vezi cursul).3.- De ce la transformatoare de puteri mari caracteristicile se realizează predeterminat? Ce probe se fac anume în acest caz ; dati explicatia acestor probe.4.- Prezentaţi şi comentaţi schema pentru pentru proba în sarcină a transformatorului, respectiv în ce condiţii se vor trasa caracteristicile. Cum se va face alegerea aparatelor pentru schema data? Ce reprezinta clestele cosfimetric ?5.- Ce mărimi relative se iau în considerare la trasarea carateristicilor predeterminate şi cum se definesc ele ?6.- În ce scop se predetermină randamentul maxim al transformatorului ?7.- În condiţiile în care schema este dotată cu un cosfimetru, se pot trasa caracteristicile la sarcină şi pentru alte valori ale factorului de putere, în afară de cele precizate de 1; 0.707; 0.5 ? Cum se va proceda ?8.- Cu ce ne ajută caracteristicile transformatorului trasate în această lucrare la o exploatare corectă a acestuia ? 9.- Cum veţi alege aparatura de măsură pentru această lucrare pentru primarul si secundarul transformatorului pentru masurarile impuse? 10. – Cum se poate realiza cu schema prezentată, un factor de putere 0,707 inductiv ? Explicati detaliat. Sepoate realiza eventual un factor de putere 0.707 capacitiv ? Cum?11. - Cum se poate realiza cu schema prezentată, un factor de putere 0,5 inductiv ? Explicati detaliat.12.- Explicati alura crescatoare si apoi descrescatoare a caracteristicii randamentului la transformaorul electric. De ce caracteristica randamentului la un factor de putere subunitar se gaseste dispusa sub cea pentru un factor de putere unitar? (vezi cursul).13.- Sa se explice mai în detaliu necesitatea autotransformatorului ATR din schema fig.4. Cum se vor alege parametri lui ?14.- Sa se explice mai in detaliu necesitatea rezistentei si inductivitatii variabile montate in secudarul autotransformatorului fig.4. Ele se monteaza in derivatie intre ele (de ce sunt necesar

si ampermetrele pe circuitele lor), dar se pot monta si in serie intre ele (se scuteste un ampermetru!) ?15.- Daca s-ar monta un cleste cosfimeric pentru masurarea lui cosφ2, unde ar trebui sa se monteze in cadrul schemei din fig.4? Prezentati secventa de schema cu montatrea clestelui cosfimetric.16.- Exista, în principiu, diferente între montarea unui cosfimetru obisnuit si montarea unui cleste cosfimetric pentru masurarea unu factor de putere. Care sunt avantaje/dezavantaje. Prezentati o secventa de schema cu montarea ambelor variante de aparate.17.- Sa se explice cum se va face determinarea puterii active debitate spre sarcina, conform cu fig.4, pentru calculul randamentului (puterea absorbita va fi citita pe wattmetrul P2!) în cazul in care nu este montat (este montat !) un cosfimetru în secundarul transformatorului.18.- Daca s-ar monta un wattmetru în secundarul transformatorului (fig.4) ce avantaje ar prezenta măsuratorile ? Dar dacă s-ar monta şi un cosfimetru ? In acest caz ar mai fi necesare rezistenta si inductivitatea variabila, ca sarcini pe secundarul transformatorului?19.- Ce deosebire/asemanare este intre caracteristicile externe ale tranformatorului prezentate in figura 1, respectiv figura 2?20.- Ce importanta poate avea o caracteristica externa crescatoare la un transformator, pentru exploatrea normala a unor receptoare racordate la secundarul acelui transformator (vezi cursul).21.- De ce factorul de putere, cu care lucreaza receptoarele racordate la secundarul transformatorului, este atât de important pentru caracteristicile externe ale transformatorului ? Detaliati raspunsul (vezi cursul).22.- Cum poate fi determinat factorul de putere cu care lucreaza primarul transformatorului din figura 4 ? Detaliati explicatia.23.- Cum se poate realiza o sarcina de natura rezistiv-capacitiva, de exemplu de 0.707, în cadrul schemei din figura 4? Justificati raspunsul. Ce diferenta ar fi intre factorul de putere de 0.707 de natura inductiva, respectiv de natura capacitiva, daca s-ar folosi o schema de tipul celei din figura 4? Detaliati raspunsul.