Il trasformatore monofase

Materie:Appunti
Categoria:Elettrotecnica

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Testo

COMUNE di VERZUOLO
ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE
Via Don Orione 6
-VERZUOLO-
RELAZIONE DI ELETTROTECNICA
OGGETTO: _trasformatore monofase a vuoto
_prova in corto circuito di un trasformatore monofase
DATA 22/01/2009 ALUNNO: BARAVALLE DENIS

CLASSE 5^A
Anno scolastico 2008-2009
1. SCOPO DELL’ESPERIENZA
Effettuare delle misure per arrivare a ricavare il rapporto spire.
2. SCHEMA ELETTRICO
3. CENNI TEORICI
Il trasformatore è realizzato con materiale di elevata permeabilità, senza interposizione con il traferro: per ragioni di semplicità costruttiva a questo nucleo si dà la forma parallelepipeda. Per evitare il verificarsi di perdite a causa dell'effetto Joule (dovute alle correnti parassite, il nucleo viene costruito con forma “a pacco”, ovvero componendolo con più lamierini, isolati tra loro e pressati assieme, che permettono di separare le correnti circolanti nel nucleo e limitando le suddette perdite.
Attorno al nucleo sono disposti due avvolgimenti isolati e distinti, ciascuno costituito da un certo numero di spire N1 e N2 di piccola resistenza elettrica. Bisogna precisare inoltre la differenza tra:
Avvolgimento ad alta tensione (AT): è l'avvolgimento con il maggior numero di spire, le quali avranno, naturalmente, diametro molto piccolo;
Avvolgimento a bassa tensione (BT): è l'avvolgimento con numero di spire minore, le quali avranno diametro maggiore rispetto a quelle dell'avvolgimento precedentemente illustrato;
Applicando agli estremi di uno di questi avvolgimenti la tensione alternata da trasformare V1 si rende disponibile agli estremi dell’altro avvolgimento la tensione trasformata V2. In pratica l’avvolgimento che viene alimentato alla tensione da trasformare V1 viene detto avvolgimento primario e l’altro, ai cui estremi si preleva la tensione trasformata V2, costituisce l’avvolgimento secondario. Di conseguenza, sia le due correnti I1 e I2 che percorrono i due avvolgimenti, che le due tensioni, vengono dette rispettivamente correnti primaria e secondaria, e tensioni primaria e secondaria.
In un trasformatore si può individuare il rapporto tra le due tensioni V1 e V2, che viene detto rapporto di trasformazione e si indica con:
nell'analisi del trasformatore a vuoto la tensione secondaria viene sostituita dalla tensione a vuoto indicata con V20, poiché il circuito è aperto.
Il rapporto tra il numero di spire del prmario e del secondario,viene indicato con il nome di rapporto spire e risulta essere sempre costante:
Si accetta l'uguaglianza tra il rapporto spire e il rapporto di trasformazione, e si può ricavare la formula:
4. DESCRIZINE DELLA PROVA
In questa prova abbiamo deciso di eseguire cinque misurazioni utilizzando un trasformatore abbassatore e di isolamento incrementando la tensione da 210 a 250 e un voltmetro con una resistenza elevata tendente a infinito che fa passare una corrente piccolissima. Innanzitutto il trasformatore è realizzato con funzionamento a vuoto e questo lo si ottiene mantenendo il circuito primario chiuso ma lasciando aperto quello secondario, ovvero interrompendo il collegamento del filo di rame in quest'ultima parte del trasformatore. In seguito con i dati forniteci ci siamo calcolati la corrente massima che passa nel circuito (per non danneggiare gli strumenti). Dopo esserci procurato il materiale siamo andati sul banco di lavoro,abbiamo montato il circuito e abbiamo impostato le portate. Durante le misure ci siamo riportati i dati in tabella e abbiamo eseguito i calcoli ottenendo il rapporto spire.
5. DATI FORNITI
una corrente molto piccola 1 cent. di amper.
6. STRUMENTI UTILIZZATI
La scelta degli strumenti è stata effettuata in modo da avere una corrente sul secondario nulla e che le classi di precisione siano uguali.
Due voltmetri ( V ) con i seguenti parametri:
Voltmetro 1
V.f.s. = 150 div
Cl=0.5
Pv=300 V
N°=3875
K=2
Voltmetro 2
V.f.s. = 30
Cl=0.5
Pv=75V
N°=3876
K=2500K
Multimetro digitale HAMEG 8011
Q=200V
7. TABELLA
N
V1
V2
V1/V2
n
[n]
[V]
[V]


1
210
22,8
9,210526
9,25025223
2
220
23,8
9,243697
3
230
24,9
9,236948
4
240
25,9
9,266409
5
250
26,9
9,29368
8. CONCLUSIONE
In questa esperienza siamo riusciti di montare il circuito correttamente e di calcolarci i rapporto spire. Il rapporto spire ci servirà nei calcoli della prova in coro circuito del trasformatore.
1. SCOPO DELL’ESPERIENZA
Determinare:
_ i parametri al secondario R1 ed Ra.
_ le perdite per effetto joule e del rame.
_ le perdite addizionali,queste perdite dipendono dalla frequenza ,dal quadrato della corrente e diminuiscono all’aumentare della temperatura.
2. SCHEMA ELETTRICO
3. CENNI TEORICO
La prova in corto circuito di un trasformatore monofase ha lo scopo di determinare le perdite per effetto Joul,le perdite addizionali,la tensione di cortocircuito,il fattore di potenza di cortocircuito,la resistenza equivalente e la reattanza equivalente.
La prova in corto circuito si esegue chiudendo il circuito secondario del trasformatore e alimentando il primario mediante una tensione tale da consentire il passaggio di una corrente pari a quella nominale. Tale tensione viene detta tensione di corto circuito.
Grazie alla reversibilità della macchina, la prova può essere eseguita alimentando un lato qualsiasi del circuito. Nel nostro caso, come nel caso genericamente usato, si alimenta il lato ad alta tensione e si chiude in corto il lato a bassa tensione.
Si deve porre molta cura nella realizzazione del corto circuito al secondario che, soprattutto se è interessato da forti correnti, deve presentare resistenze di contatto assolutamente trascurabili.
4. DESCRIZIONE DELLA PROVA
Questa prova viene condotta alimentando il trasformatore con frequenza nominale e tensione ridotta (tensione di cortocircuito) così che il trasformatore abbia negli avvolgimenti le correnti nominali, infatti entrambe le perdite nel rame dipendono dalla corrente e la reattanza di dispersione e le perdite addizionali dipendono dalla frequenza. In seguito con i dati forniteci ci siamo calcolati la corrente sul primario e sul secondario (per non danneggiare gli strumenti). Dopo esserci procurati il materiale siamo andati sul banco di lavoro,abbiamo montato il circuito e abbiamo impostato le portate. Abbiamo effettuato le misure velocemente perché il trasformatore funzionando si scalda e quindi i valori potrebbero cambiare leggermente. Infine ci siamo riportati i dati in tabella, abbiamo eseguito i calcoli e ricavato i grafici.
5. DATI FORNITI
V=400v a f=50Hz
6. CALCOLI PREVENTIVI
Ovviamente questi calcoli sono utili a determinare
la scelta degli strumenti.
7. STRUMENTI UTILIZZATI
• Un wattmetro ( W )a basso cosb (0,2) con i seguenti parametri:
V.f.s. = 250 div
Rv = 0.48R a 2.5A
Rv = 0.1221 a 5A
Cl=0.5 V
Pv=75,150,300,450 V
Pa=2.5,5
N°=3867
K=2.5,5
• Un voltmetro ( V ) avente i seguenti parametri:
V.f.s. = 150 div
Rv=5000R
Cl=2
Pv=75,150,300,450 V
N°=3875
K=3,7.5,15
• Un amperometro ( mA ) avente i seguenti parametri:
V.f.s. = 5 div
Rv=5000R
Cl=2
Pa=1A
N°=3874
K=0.5,1
V
A
Pj
Pcc
Cosϕ sistema
ϕ sistema
Qcc
Kv (v)
Nv
V
Ka (a)
Na
A
Kw (w)
Nw
W
(w)
°
°
Var
2
234
468
0,5
2
1
2,5
9
22,5
-456233,6952
0,048076923
88,16
700,38
7,5
185
1387,5
0,5
4
2
2,5
34
85
-4011042,219
0,030630631
88,28
2830,62
7,5
285
2137,5
1
3
3
5
39
195
-37450770,01
0,030409357
88,28
6493,79
15
185
2775
1
4
4
5
69
345
-63121072,17
0,031081081
88,22
11101,54
15
200
3000
1
4,3
4,3
5
80
400
-73771891,8
0,031007752
88,22
12871,31
15
225
3375
1
4,8
4,8
5
99
495
-93367561,81
0,030555556
88,28
16484,23
8. TABELLA
ϕcc
Icc
Cos fi cc
Re"
Ecc
Z2"
Xe
°
A
°

(V)


-0,039
-973,883
0,999
-262,3706475
73,125
1,753597122
259,3
-0,04
-2887,95
0,999
-2306,668173
144,479
3,464724221
2306,66
-0,0099
-17503,3
0,999
-21537,17027
222,65
5,339328537
21537,16
-0,01
-22723,6
0,999
-36299,63492
289,06
6,931894484
36251,6
-0,00999
-24566
0,999
-42424,703
312,5
7,494004796
42424,7
-0,0101
-27636,8
0,999
-53693,77121
351,56
8,430695444
53622,7
Formule utilizzate :

9. GRAFICI
10. CONLUSIONI
In questa esperienza dovevamo effettuare la prova a vuoto e in corto circuito del trasformatore. Dopo tutti i calcoli e le misurazioni effettuate siamo riusciti a calcolare la potenza attiva; inoltre abbiamo calcolato per ogni misurazione i relativi coso.
Dopo aver trovato tutti i dati finali relativi alle prove prese in considerazione abbiamo disegnato i grafici relativi alle tabelle compilate.
L’esame delle perdite che si manifestano in una macchina elettrica dipendono innanzitutto dal funzionamento della macchina stessa, che non può superare determinati limiti per non provocare un degradamento eccessivamente rapido delle caratteristiche meccaniche e isolanti dei materiali impiegati. Per questo motivo si rende quindi necessario contenere l’entità delle perdite entro valori tecnicamente accettabili. Fra le perdite che ne conseguono, le principali sono quelle di seguito esposte:
-Perdite per effetto Joule: dette anche correnti parassite, rientrano in questa categoria le perdite che si manifestano in tutte le parti componenti la macchina elettrica destinate ad essere percorse da corrente elettrica. Tali parti sono dette avvolgimenti.
-Perdite nel ferro: Queste perdite si manifestano nei nuclei ferromagnetici interessati da induzioni variabili nel tempo. Tale situazione è frequente nelle macchine elettriche dove la struttura magnetica o parte di essa è spesso interessata da induzioni alternate sinusoidali o che si possono ritenere tali in prima approssimazione.
Con queste ipotesi si hanno nei materiali ferromagnetici perdite per isteresi e per correnti parassite.
In sostanza le prove di verifica sono state svolte con successo, senza aver riscontrato elevati errori, come quelli precedentemente illustrati, che avrebbero potuto influenzare negativamente il nostro risultato.

Esempio