TC DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTROMEKANİK ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ I LABORATUVARI 017-018 GÜZ DÖNEMİ DENEY Bir Fazlı Transformatörün Boş Çalışması 1.TEORİK BİLGİ Transformatörlerin boş çalışma deneyinde sargılarından herhangi biri boşta bırakılır. Diğer sargı ise anma gerilim ve frekansında beslenir. Deney trafonun istenen tarafında yapılabilir. Ancak trafonun diğer tarafında birden fazla çıkış ucu varsa o zaman esas uç kullanılır. Deneyin birinci sargıda yapıldığını kabul edersek, trafonun I akımı sıfır olacaktır. Birinci sargı gerilimi arttırılarak anma değerine getirildiğinde, ikinci tarafın anma değerine ulaşılır. Deneyde birinci ve ikinci taraf gerilimi, birinci taraftan geçen akım ve çekilen güç değerleri ölçü aletleri yardımıyla tespit edilir. Boşta çalışmada trafo faydalı güç vermez. Bu nedenle şebekeden çekilen gücün tamamı demir ve bakır kayıplarında tüketilir. Sabit frekansta trafonun akısı gerilim tarafından belirlendiğinden boş çalışmada anma gerilimi, dolayısıyla yüklü çalışmadaki demir kayıpları elde edilmiş olur. Boş çalışmada statordan geçen akımın oluşturduğu bir güç kaybı varsa da ihmal edilebilir. Ancak istenirse sargı dirensi ölçülerek bu sargıdaki güç kaybı kolayca hesaplanabilir. Bu durumda transformatörün demir kayıpları daha doğru olarak bulunmuş olur. P 0 = P Fe P Fe = P 0 P Cu0 P Cu0 = R I 0 Gerçekte trafonun sargı yalıtkanındaki di elektrik kayıp gücü de boş çalışmada çekilen güce dahildir. Ancak günümüz transformatörlerinde bu kayıp daima ihmal edilecek kadar küçüktür. Boş çalışma deneyinde ölçülen değerlerle aşağıdaki veriler elde edilebilir. 1.1 Anma Dönüştürme Oranı 1
ü N = U 10 U 0 ***Bir önceki deneyde hesaplandı.*** 1. Boşta Güç Katsayısı cosq 0 = P 0 U 10 I 10 Trafoların boşta güç katsayıları çok küçüktür. Yeni tip trafolarda 0, değerinde olup, eski trafolarda 0,1 değeri civarındadır. Boşta güç katsayısı ile boş çalışma akımının bileşenleri hesaplanabilir. 1.3 Bağıl Boş Çalışma akımı, Boş Çalışma Akımı Bileşenleri, Boşta Akım ve Gerilim Diyagramları i 0 = I 10 I N I 1Fe = I 10 cosq 0 = P 0 U 10 I 1h = I 10 sinq 0 = I 10 I 1Fe I 10 Görüldüğü gibi, kayıp ve mıknatıslama akımları iki ayrı formüle göre bulunabilir. Boşta deney sonuçları ile çizilebilecek boş çalışma vektör diyagramı Şekil 1 de görülmektedir. Şekil 1
L ve T eşdeğer devrenin paralel veya dikey elemanları olan esas reaktans X 1h ve demir kayıp direnci R 1Fe ile bu iki elemanın oluşturduğu esas empedans Z 1h : Z 1h = U 10 = U 10 R I 10 i 0 S 1Fe = U 10 = P 0 = U 10 X N I 1Fe P 1h = U 10 0 I 1Fe Bulunan elemanların değerleri deneyin yapıldığı tarafa aittir. I 1h Frekans sabit olduğu için gerilim kademe kademe arttırılarak, yukarıda bulunan değerlerin gerilimle nasıl değiştiği grafiksel olarak da bulunabilir. Bunlara transformatörün boş çalışma karakteristikleri adı verilir. Bu karakteristikler trafonun özelliklerini tanımada yardımcı olurlar. Şekil Transformatörün Sabir Frekansta Boş Çalışma Karakteristikleri 3
.BAĞLANTI ŞEMASI Şekil 3 3. DEĞERLER U10(V) U0(V) I10(A) P0(W) PFe(W) ün I1Fe(A) I1h(A) R1Fe(Ω) X1h(Ω) Z1h(Ω) 0 Tablo 1 Ölçülen Değerler Sekonder Gerilimi, Primer Akımı, Primer Sargı Giriş Gücü Deney Sonrası Hesaplanacak Değerler Trafo dönüştürme oranı: Boşta Çalışma Akımı Demir Sargısı Akım Bileşeni: Boşta Çalışma Akımı Mıknatıslanma Akım Bileşeni: Demir Kayıp Direnci: Reaktans Değeri: Empedans Değeri: ***Lütfen kullandığınız formülleri de yazarak hesaplamalarınızı yapınız*** 4
Bir Fazlı Transformatörlerin Kısa Devre Çalışması 1.TEORİK BİLGİ Transformatörün kısa devre çalışması çıkış sargısının uçlarını empedansı ihmal edilebilen bir iletkenle birleştirmek suretiyle olur. Giriş sargılarının beslenmesi aşırı akımların geçmesine neden olmayacak küçük gerilimlerle yapılır. İşletme esnasında kısa devre olayı kesinlikle istenmeyen bir durumdur. Ancak gerilimin küçük tutulmasıyla yapılan kısa devre deneyinin trafoya bir zararı olmaz. Kısa devre deneyi aşağıdaki sonuçları elde edebilmek için yapılır: Verim ve ısınma kayıplarında kullanılan kısa devre kayıp gücü P K veya bakır kaybı P cu, Kısa devre güç katsayısı Cos k, Eşdeğer devre kısa devre elemanları Z K, R K, X K, Anma iç gerilim düşümleri U KN, U RN, U XN ve bağıl değerleri u KN, u RN, u XN, Anma dönüştürme oranı ü N Kısa devre karakteristikleri. Bu deney sonucu elde edilen büyüklükler ekonomik bakımdan önemli olduğundan değerlendirmeye tabidir ve belirli toleranslar dahilinde standartlara uymak zorundadır. Kısa devre deneyi için aşağıdaki deney bağlantı şeması kurularak gerilim sıfırdan itibaren yavaş yavaş arttırılır. Bu arada ikinci tarafı kısa devre eden ampermetre sürekli izlenir. Kısa devre edilen kısımdan geçen akım nominal değerinin 1,5 katına gelinceye kadar gerilim arttırılabilir. Ancak bu değerden sonra gerilimi arttırmak trafo için tehlikeli olabilir. Gerilim artışının belirli kademelerinde ölçü aletlerinden değerler okunarak gözlem tablosuna kaydedilir. Kısa devre deneyi sonucu şebekeden çekilen güç yaklaşık olarak transformatörün toplam bakır kayıplarını verir. Bu deney çok küçük gerilimlerle yapıldığından, gerilimin karesi ile orantılı olan demir kayıpları ihmal edilebilecek kadar küçüktür. P k = P Cu P FeK P Cu Kısa devre kayıp gücünün aslında üç bileşeni vardır. 1.1 Kısa Devre Deneyinden Alınacak Sonuçlar 1.1.1 Kısa Devre Güç Katsayısı 5
cosq k = P K S K = P K U K I K P K Q K = arccos U K I K 1.1. Eşdeğer Devrelerin Yük Akımı Kolundaki Seri Elemanlar, Kısa Devre Empedansı Z K, Direnci R K ve Reaktansı X K Z K = U K I K R K = P K I K X K = Z K R K 1.1.3 Anma Kısa Devre Gerilimi ve Bileşenleri UKN, URN, UXN U RN = R K I N = U K cosq K U XN = X K I N = U K SinQ K = U K U RN Bu formüller anma değerleri dışında da geçerlidir. 1.1.4 Anma Dönüştürme Oranı ü N = I K I 1K 1. Kısa Devre Karakteristikleri Kısa devre deneyinde gerilim sıfırdan başlanarak arttırılır ve her kademedeki gerilim değerlerinde kısa devre akımı ve gücü ölçülürse, sabit frekans kısa devre karakteristikleri çizilebilir.. BAĞLANTI ŞEMASI Şekil 1 Sabit Frekans Kısa Devre Karakteristikleri 6
Şekil 3. DEĞERLER U1K PK I1K IK ün Tablo 1 ***Trafolarda kısa devre durumları istenmeyen durumlardır. Bir trafo herhangi bir arıza sonucunda kısa devre durumuna geçerse gerekli koruma elemanları devreye girer, aksi durumda trafo ve bağlı bulunduğu enerji hattı ciddi zarar görür. Deneyde kullanacağımız trafoda primer sargılarına uygulanan gerilim 10 V olduğu durumda dahi sekonder akımını 0 A civarlarında ölçüyoruz. Deney sırasında herhangi bir kazaya sebebiyet vermemek için primer tarafına çok kısa bir süre için 5 V uygulayıp gerekli gözlemleri yapacağız.*** 7