Traf monofase - Relaz Collaudo

Alunno:
Gruppo:
...............
Classe:
........
Data.:
5 Bs
2007/08
I. T. I. S.
P. HEMSEMBERGER
MONZA
COLLAUDO DI UN TRASFORMATORE MONOFASE
Oggetto:
Trasformatore monofase n° ......
Sn = ........ VA - fn = 50 Hz
V1n/V20 = ......... / .......... V
I1n/I2n = ......... / .......... V
N.B. n°, Sn, V1n/V20 si leggonono sulla targa del TRAFO; I1n/I2n devono essere calcolate con le
formule di teoria.
Scopo:
1 – Disegnare il circuito equivalente
2 – Tracciare la curva del rendimento convenzionale  = f(I2).
3 – Tracciare la caratterisitica esterna V2 = f(I2).
PROVE PRATICHE ESEGUITE (Metodo indiretto):
a) Misure di temperatura.
b) Misura di isolamento.
c) Ricerca dei morsetti corrispondenti.
1) Misura del rapporto di trasformazione a vuoto.
2) Misura delle resistenze degli avvolgimenti.
3) Prova a vuoto.
4) Prova in corto circuito.
ELABORAZIONE DEI DATI MISURATI
1) Dati delle prove di collaudo
2) Determinazione del circuito equivalente.
3) Determinazione delle caratteristiche esterne (V2 - I2; V2 - I2).
4) Determinazione della caratteristica del rendimento ( - I2).
Prova indiretta
pag. 1
b) MISURE DI ISOLAMENTO
Scopo:
Prove:
Verificare l’efficacia degli isolanti impiegati nella costruzione, sottoponendoli a
sollecitazioni anormali e convenzionali.
Misura della resistenza d’isolamento;
Prova di rigidità dielettrica.
1.1 - Misura della resistenza d’isolamento
La misura si esegue con un megaohmmetro tra:
a) avv. prim. – avv. sec.;
b) avv. prim. e avv. sec. collegati assieme e nucleo magnetico e parti
metalliche.
La tensione di prova deve essere di 500 V (per macchine in cat. I 50 < Un < 1000 V c.a.);
La resistenza misurata deve essere di almeno 1000  per ogni volt di tensione nominale
dell’avv. AT.
1.2 - Prova d’isolamento (o di rigidità dielettrica)
Con tale prova si provocano delle forti sollecitazioni elettriche che permettono di rilevare
eventuali difetti d’isolamento.
La prova si esegue con un misuratore di rigidità dielettrica tra parti attive collegate tra loro
e masse.
Caratteristiche della prova: Durata della prova: 1 min
Tensione isolamento nominale Ui (V)
Tensione di prova (V) a f = 50 Hz
Ui < 60
1.000
60 < Ui < 300
2.000
300 < Ui < 690
2.500
609 < Ui < 800
3.000
800 < Ui < 1000
3.500
1000 < Ui < 1500
3.500
La prova è superata se non si ha cedimento dell’isolamento.
Prova indiretta
pag. 2
c) RICERCA DEI MORSETTI CORRISPONDENTI
TRASFORMATORE MONOFASE
N° ......:
S n = ....... VA
V 1/V20 = ............. V
Metodo di misura: METODO DELLE 2 TENSIONI
V1 misura la tensione dell’avvolgimento 1
V2 misura la tensione tra i 2 avvolgimenti collegati in serie
N.B. In fig. 2, l’avvolgimento secondario è avvolto in modo opposto rispetto a come è avvolto
in fig. 1.
Prova indiretta
pag. 3
1 - MISURA DEL RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE A VUOTO
SCHEMA DI MISURA
TEORIA
Ko =
V1
E1 N 1

=
V20 E2 N2
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. Metodo diretto (semplice e sufficientemente preciso)
2. Z2 molto elevata affinché il secondario sia realmente a vuoto
3. “Almeno” 3 misure alimentando lato primario (AT) e 3 misure alimentando lato
secondario (BT)
4. La misura, per motivi di sicurezza, “può essere” condotta a tensioni anche molto
inferiori alle Vn (senza perdere in precisione).
TABELLE SPERIMENTALI
Alimentazione lat AT
V1
V1
V2
V
K'0
Alimentazione lat BT
V1
V1
V2
V
K''0
Ko 
K1  K 2  ...k n
n
N.B. V1 = tensione lato AT; V2 = tensione lato BT
RISULTATI DELLA PROVA
Ko = ………..
Prova indiretta
pag. 4
2 - MISURA DELLA RESISTENZA DEGLI AVVOLGIMENTI
SCHEMA DI MISURA
TEORIA
Misura di resistenza di piccolo valore (dell’ordine di qualche hom al massimo)
Metodi più indicati: Metodo di confronto, Metodi a ponte, Doppio ponte di Thomson
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. Misura in corrente continua e a temperatura ambiente (20 °C)
2. Rz = resistenza zavorra “almeno 50  ” per limitare le correti
3. Voltmetriche a valle per limitare gli errori di autoconsumo degli strumenti
4. “Almeno” 3 misure per avvolgimento con correnti variabili ma inferiori al 10% della
In per non riscaldare l’avvolgimento (resistenza a temperatura ambiente)
5. Accorgimenti per limitare gli errori di cavetti (0,2 /m) e di contatto (0,1-0,5 ):
Collegare il Voltometro direttamente sui morsetti del trasformatore e prima dei
collegamenti amperometrici
TABELLE SPERIMENTALI
Avvolgimento primario
VOLT.
mV
AMPER.
mA
R1m =
R1m =
Prova indiretta
Avvolgimento secondario
R
VOLT.

mV
A 20 °C
A 75 °C
AMPER.
mA
R

R2m =
R2m =
pag. 5
4 - PROVA A VUOTO
SCOPO
Determinare: Pfe; Io, cos o, Zo, Ro, Xo, Ia, I
SCHEMA DI MISURA
Alimentazione lato …………… (AT/BT??)
TEORIA
1. Io = (6%  10%) di In a quando il trasformatore è alimentato a Vn
2. Pfe = Po - Pcu1(Io) dove Pcu1(Io) = R1 x Io2
Io = (6%  10%) di In a Vn
10% di In = 0,1 In. Al quadrato = 0,01 I2n e quindi Pcu1(Io) = 1% di Pcu1(In)
e quindi con buona approssimazione si possono trascurare
Po = Pfe
3. Le Pfe (perdite nel ferro) sono dovute al ciclo d’isteresi ed alle correnti parassite
e sono proporzionali all’incirca a V2.
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. Alimentazione lato BT per avere tensioni e correnti compatibili con gli strumenti di
misura; l’avvolgimento AT è a vuoto (aperto)
2. Voltmetriche a monte per trascurare gli autoconsumi.
3. Prova a tensione variabile tra (circa) 40%  120% di Vn “almeno 10 misure”
4. Il cos  è basso (solitamente inferiore a 0,5)
Prova indiretta
pag. 6
TABELLA SPERIMENTALE
V/Vn
%
10%
20%
V
V
I
A
Po
W
Puc-o
W
Pfe
W
Cos 0
125%
N.B. Calcolare le Pcu-o e verificare che sono trascurabili rispetto alle Po e quindi
Po = Pfe
GRAFICI
N.B. I grafici devon essere interpolati
Io – Vo:
Po – Vo:
Coso – Vo:
Prova indiretta
Caratteristica di magnetizzazione (notare ginocchio di saturazione)
Funzione quadratica (parabola) in quanto Po  Pfe che è funzione di V2.
Dipende dalla curva Io – Vo (R = cost, mentre Xfe varia come la curva Io-Vo)
pag. 7
RISULTATI DELLA PROVA
Po = ….…. W
Po% = ……..
Cos 0 = ……..
Ia = …….…. A
Io = ….... A
Zo = …….… 
Io % = …...
Ra = …….. 
I = ……... A
X = ……… 
N. B. Pfe, Io, Cos o, sono stati ricavati dai grafici e non dalla tabella
Pfe, Io, Cos o, Ia, I sono riferiti alla tensione nominale
N.B. Pfe, Pfe%, Io% non dipendono dal lato di alimentazione;
Io, Ia, I, Zo, Ro, X, si riferiscono al lato di alimentazione della prova.
Prova indiretta
pag. 8
5 - PROVA IN CORTO CIRCUITO
SCOPO:
Si determinano: Pcu; Ze, Re, Xe
N.B. Serve TA per trafo da 1500-2000 VA
SCHEMA DI MISURA
TEORIA
1. Vcc = (6%  10%) di Vn quando negli avvolgimenti circola la corrente nominale.
2. Pcu = Pcc + Pfe(Vcc)
Pfe(Vcc) = K x Vcc2
Vcc = (6%  10%) di Vn a In
10% di Vn = 0,1 Vn; al quadrato = 0,01 V2n e quindi Pfe(Vcc) = 1% di Pfe(Vn)
e quindi con buona approssimazione
Pcc = Pcu
3. Le Pcu (perdite nel rame) sono dovute all’effetto Joule e alla perdite addizionali e
sono proporzionali a I2.
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. Alimentazione lato AT per avere tensioni e correnti compatibili con gli strumenti di
misura; l’avvolgimento BT è chiuso in corto circuito
2. Voltmetriche a valle per trascurare gli autoconsumi.
3. Prova a corrente variabile tra (circa) 40%  120% di In “almeno 10 misure”
4. Prova per valori decrescenti di corrente, per avere la macchina a regime termico
5. Il cos  è alto e costante (solitamente superiore a 0,7)
N.B. L’alimentazione è a tensione ridotta rispetto alla tensione nominale, altrimenti il
trasformatore va in “fumo”.
Prova indiretta
pag. 9
TABELLA SPERIMENTALE
I/In
%
10%
20%
V
V
I
A
Pcc
W
Pfe-cc
W
Pcu
W
Cos cc
125%
N.B. Calcolare le Pfe-cc e verificare che sono trascurabili rispetto alle Pcc e quindi
Pcu = Pcc
GRAFICI
N.B. I grafici devon essere interpolati
Vcc – Icc:
Caratteristica lineare in quanto durante la prova:
Re = costante se non cambia la temperatura degli avvolgimenti;
Xe = costante in quanto il ferro lavora nella zona lineare della caratteristica di
Pcc – Icc:
Coso – Icc:
Prova indiretta
magnetizzazione (lontano dalla saturazione);
Funzione quadratica (parabola) in quanto Pcc  Pcu che è funzione di I2.
Caratteristica lineare perché Re = cost e Xe = cost
pag. 10
RISULTATI DELLA PROVA
Pcu = ….…. W
Pcu% = ……..
Cos cc = ……..
Ze = …….… 
Vcc = ….... V
Re = …….. 
N. B. Pcu, Vcc, Cos cc,
Vcc% = …...
Xe = ……… 
sono stati ricavati dai grafici e non dalla tabella
e sono riferiti alla corrente nominale
N.B. Pcu, Pcu%, Vcc% non dipendono dal lato di alimentazione;
Vcc, Ze, Re, Xe, si riferiscono al lato di alimentazione della prova.
Prova indiretta
pag. 11
5 - DETERMINAZIONE DEL CIRCUITO EQUIVALENTE
PROVA A VUOTO (alimentazione lato secondario o BT)
Dai grafici della prova a vuoto si ricava Po, I2o, Coso, in corrispondenza della tensione
nominale V = V2o (prova eseguita alimentando il secondario).
Calcolo di Ra e X lato primario
I valori di Po, Qo, Coso misurati alla tensione V = V2o (alimentazione lato secondario),
coincidono con quelli misurati alla V = V1n con alimentazione lato primario. La I2o
chiaramente cambia.
Po = Pfe
Pfe =
V1n2
Ra
Qo = Po x tag o
Qo =
V1n2
X
Prova indiretta
Ra =
X =
V1n2
Pfe
V1n2
Qo
pag. 12
PROVA IN CORTO CIRCUITO (alimentazione lato primario o AT)
Dai grafici della prova in c.to-c.to si ricava Pcc, V1cc, Coscc, in corrispondenza di della
corrente nominale I = I1n (prova eseguita alimentando il primario).
Calcolo di Re e Xe lato secondario
I valori di Pcc, Qcc, Coscc misurati alla corrente I = I1n (alimentazione lato primario),
coincidono con quelli misurati alla I = I2n con alimentazione lato secondario. La V1cc
chiaramente cambia.
La caratteristica Vcc-Icc è lineare pertanto in qualsiasi punto il rapporto Vcc/Icc dà la Ze’
vista al primario
Vcc
Ze'
Ze’ =
che vista al secondario diventa Ze’’ =
Icc
K2
Pcu
Pcc = Pcu
Pcu = Re’ * I1n2 = Re’’ * I2n2
Re’’ =
I2n2
Quindi si ricava la Xe’’ vista al secondario
Xe’’ =
Ze''2 - Re''2
Riporto della Re’’ da 20°C (temperatura della prova) alla temper. convenzionale di 75°C.
(K = 1,216)
La Xe’’ non varia al variare della temperatura.
234,5 + r
Re’’75°C = Re’’ * K
Con
K =
(valida solo per il
234,5 + o
rame)
N.B. Essendo il trasformatore di piccola potenza, sono state trascurate le perdite
addizionali nel riporto a 75 °C
Ricalcalo di tutti i parametri alla temperatura convenzionale di 75°C.
Pcu75°C = Re’’75°C * I2n2
Ze’’75°C =
Re''75°C2 + Xe''2
Ze’75°C = k2 * Ze’’75°C
Re''75°C
Ze’’75°C
Non dipende dal lato alimentazione
Ze’’75°C * I2n
V20
Non dipende dal lato alimentazione
Coscc75°C =
Vcc% =
Non dipende dal lato alimentazione
Normalmente sulla targa di un trasformatore vengono riportati i seguenti valori riferiti a
75°C ed alle condizioni nominali di funzionamento:
Sn
V1 / V2o
Prova indiretta
I1 / I2
Pcu Pfe
Vcc%
pag. 13
6 - DETERMINAZIONE DELLA CADUTA DI TENSIONE E DEL RENDIMENTO
a) Carico con cos = 1
∆V = Re’’75°C * I2
=
V2 * I2
V2 * I2 + Pfe + Re’’75°C * I22
b) Carico con cos = 0,8
∆V = (Re’’75°C * I2 * cos) + (Xe’’ * I2 * sen)
=
V2 * I2 * cos
V2 * I2 * cos + Pfe + Re’’75°C * I22
Calcolare V20, - V e 
per I2 = 0, 1/4*I2n, 2/4*I2n ¾*I2n, 4/4*I2n, 5/4*I2n e
tracciare i 3 grafici: V2-I2;
∆V 2-I2;
-I2
VERFICA DI CORRETTEZZA
Calcolare le Pcu, note le resistenze degli avvolgimenti ricavate nella prova n° 2.
Pcu = R1*I1n2 + R2*I2n2 (alla t. ambiente di 20 °C)
Questo valore deve essere leggermente inferiore a quello ricavato con la prova in
corto circuito (alla In) per 2 motivi:
1. Non contempla le perdite addizionali
2. Nella prova in c.to-c.to gli avvolgimenti si riscaldano e non sono più a 20 °C.
Prova indiretta
pag. 14
5 – CURVE CARATTERISTICHE
CALCOLO DEL RENDIMENTO CONVENZIONALE E DELLA V2 ATTRAVERSO LE MISURE (VUOTO E C.TO C.TO)
Fatt.
carico
a
%
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
V1
V
I1
A
V2o
V
I2
A
Pfe
W
75°C
Req"

Cos  Cos  Cos  Cos  Cos  Cos  Cos  Cos  Cos 
1
0,9
0,8
1
0,9
0,8
1
0,9
0,8
Pcu
P2
P2
P2



V2 V2 V2
W
kW
kW
kW
%
%
%
Rendim - Corrente
=
1,0
1,0
Rendim
0,9
0,9
Cos 1
0,8
Cos 0,8
0,8
Cos 0,9
0,7
0
2
4
I [A]
6
8
Caduta di tensione (approssimata)
V2 =
I 2  ( R" eq  Cos  X " eq  Sen )
V 2o
V2% =
0,7
0,6
P2
P 2  Pfe  Pcu
10
V2 x100
Rendim - Corrente
14,0
12,0
DV2%
10,0
Cos 1
8,0
Cos 0,9
6,0
Cos 0,8
4,0
2,0
0,0
0
Prova indiretta
2
4
I [A]
6
8
10
pag. 15