TEK-FAZLI TRANSFORMATÖRÜN HİSTEREZİS DÖNGÜSÜ DENEY

Transkript

1 İÖÜ ÜİVERSİTESİ MÜHEDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTROİK MÜH. BÖL. 325 ELEKTRİK MAKİALARI LABORATUVARI I TEK-FAZLI TRASFORMATÖRÜ HİSTEREZİS DÖGÜSÜ DEEY AMAÇ: Tek fazlı transformatörün nüvesinin (demir çekirdeğinin) histerezis döngüsünü osiloskota elde etmek ve nüve kayıları ile histerezis döngüsünün alanının ilişkisini belirlemek. 2. TEORİ: 2.. Histerezis Döngüsü ve üve Kayıları: Manyetik devrede manyetik grafik akı yoğunluğu B ve akı şiddetti H arasındaki ilişkiyi gösterir. Manyetik nüvenin doğal yaısından dolayı bu manyetik grafik AC beslemede döngü halindedir ve buna histerezis döngüsü denir. Histerezis döngüsü Şekil -b de gösterilmiştir. (a) (b) Şekil : a) Manyetik devre b) Histerezis döngüsü Histerezis döngüsü nüve üzerine sarılan sargılardan eriyodik olarak değişen (alternatif) bir akım akıtıldığında elde edilir. Akımın bir eriyot boyuna değişimi sırasında bazen kaynaktan enerji çekilirken bazen de manyetik alanda deolanan enerji kaynağa geri verilir. Çekilen enerji geri verilen enerjiden daha büyüktür. Böylee akımın (dolayısıyla H in) bir eriyodu boyuna kaynaktan sarımnüve sistemine net bir enerji akışı vardır. Bu enerji kaybı nüveyi ısıtır. üvedeki bu enerji kaybına histerezis kaybı denir. Histerezis kaybının histerezis döngüsünün büyüklüğü (alanı) ile orantılı olduğu gösterilebilir. Deney 325-0

2 Şekil deki sarımların dirençlerinin sıfır ve nüvedeki akının olduğunu varsayalım. Sarımlarda indüklenen gerilim d e () olur. t den t 2 zamanına kadar transfer olan enerji Denklem () kullanılırsa t2 W ei (2) t d W i 2 elde edilir. BA ve i olduğundan B id W AdB la V B nüve B HdB HdB bulunur. Burada V nüve nüvenin hamidir. İntegral terimi Şekil 3 deki alanı gösterir. Böylee bir eriyot boyuna transfer edilen enerji W Vnüve HdB (5) VnüveWh eşittir. Burada W h nüvedeki enerji yoğunluğudur ve histerezis (B-H) döngüsünün alanına eşittir. Böylee histerezis etkisinden dolayı oluşan güç kaybı Ph VnüveWh f (6) olur. Burada f akımın değişim frekansıdır. (3) (4) Şekil 3: Histerezis kaybı Zamanla değişen bir akı nüve üzerine sarılan bir sargıdaki gibi nüve üzerinde girda şeklinde akımların akmasına neden olur. üvenin direninden dolayı nüve üzerinde kayı oluşur ve nüve ısınır. Bu kayılara girda (fuku) akım kayıları denir. Akımın frekansı artıkça girda akım kayıları da artar. Deney

3 Histerezis ve girda akım kayıları birleştirilerek nüve kayıları olarak adlandırılır. Eğer sargılardan geçen akımın değişimi yavaş (düşük frekanslı) ise girda akım kayıları ihmal edileek kadar küçüktür. Yavaş değişen akıma (manyetik akı şiddettine) göre elde edilen B-H eğrisine statik döngü (histerezis döngü) denir. Eğer sargılardan geçen akımın değişimi hızlı ise B-H eğrisi daha belirgin hale gelir ve dinamik döngü (histero-girda akım döngüsü) olarak adlandırılır. Şekil 3: Statik ve dinamik döngü 2.2. Histerezis Döngüsü ve üve Kayılarının Elde Edilmesi: Uygun sinyaller kullanılarak histerezis döngüsü osiloskota gözlenebilir. Histerezis döngüsü manyetik akı yoğunluğu B ve manyetik akı şiddetti H ın çiziminden elde edildiğinden, bu değerlerle direk orantılı ve aynı fazda olan sinyaller kullanılmalıdır. Transformatör sarımlarında indüklenen gerilim d e (7) ve BA olduğundan dba ( ) db e A (8) db e v A A db v A (9) B v A elde edilir. Böylee akı yoğunluğu sinyali sargılara uygulanan gerilimin integrali alınarak elde edilebilir. Bunun için seri bağlanan bir RC integratörü kullanılabilir. Şekil 4 deki devrede eğer R ise C olur. Böylee kondansatör gerilimi i v (0) R Deney

4 v C v C v v CR olur. Akı yoğunluğu sinyali kondansatör gerilimi ile doğrudan orantılıdır. i v R () Transformatör için i (2) H i l eşittir. Böylee manyetik akı şiddeti sinyali sargılardan geçen akım ile doğrudan orantılıdır. Sargılardan geçen akım sargılara seri bağlanan küçük bir direnç üzerinde düşen gerilim kullanılarak ölçülebilir. Şekil 4 histerezis döngüsünün elde edilebileeği bir devre bağlantısını göstermektedir. 3. Ö ÇALIŞMA a) Deneyin amaını kısaa açıklayınız. b) Eğer kaynak gerilimi sinüs ve rms değeri 220V ise devre arametrelerini kullanarak Şekil 4 deki kondansatör üzerinde görüleek gerilimin şeklini çiziniz ve tee değerini hesalayınız? ) Osiloskobun izolasyon trafosundan beslenmesi neden önemlidir? 3. DEEYİ YAPILIŞI Şekil 4 deki devreyi kurunuz. Varyak A Transformatör 220:48V 220V R = MΩ 4.2µF Y(CH2) 2Ω Wattmetre V V s X(CH) Şekil 4: Histerezis döngüsünün elde edilmesi için bağlantı devresi Dikkat! Deney başlamadan osiloskobunuzun izolasyon trafosundan beslendiğine dikkat ediniz. a) Varyak vasıtasıyla rimer gerilimini maksimuma ayarlayınız. Osiloskoun X girişinden elde ettiğiniz akım şeklini maksimum gerilim, 200, 50, 00, 50 ve 20 V için gözlemleyiniz ve her bir değer için çiziniz. Deney

5 b) Varyak vasıtasıyla rimer gerilimini maksimuma ayarlayınız. X ve Y girişlerini ayarlayarak maksimum gerilim için en büyük histerezis döngüsünü elde ediniz. X ve Y nin ayarlarını değiştirmeden maksimum gerilim, 200, 50, 00, 50 ve 20 V için histerezis döngüsünü gözlemleyiniz ve her bir değer için çiziniz. Her bir değer için histerezis döngüsünün yaklaşık alanını, güçü ve akımı not ediniz. 4. SOUÇLAR a) üve kayılarını gerilim değerlerine karşılık çiziniz. b) üve kayılarını gerilimin karesine karşılık çiziniz. ) Histerezis döngüsünden yaklaşık olarak elde ettiğiniz alanı gerilim değerlerine karşılık çiziniz. 5. SORULAR a) Deney 3.a da elde ettiğiniz akım şekillerini harmonik içeriğini dikkate alarak yorumlayınız. Gerilim yükseldikçe akım şeklinin bozulduğunu gözlemlediniz mi? edenini belirtiniz. b) üve kayıları-gerilim grafiği ve histerezis alanı-gerilim grafiği bir birine benzemekte midir? Açıklayınız. Deney