POLO TECNOLOGICO “MANETTI-PORCIATTI” NOME: Federico COGNOME: Marini CLASSE: 5ET DATA: 25/11/2021 TITOLO: Trasformatore monofase: Prova a vuota. OBIETTIVO: Dato un trasformatore monofase, effettuare una prova a vuoto ricavando, tramite strumenti di misura digitali (vedere “STRUMENTI E MATERIALI UTILIZZATI”), dati utili per il collaudo della macchina elettrica quali tensioni, correnti, potenze circuito primario e secondario della macchina stessa. STRUMENTI E MATERIALI UTILIZZATI: MULTIMETRO utilizzo VOLTMETRO (circuito secondario), matricola: 1938. MULTIMETRO utilizzo VOLTMETRO (circuito primario), matricola: 1940. MULTIMETRO utilizzo AMPEROMETRO (circuito secondario), matricola 1953. VARIAC (variatore di tensione), matricola: 631. ANALIZZATORE DI POTENZA, matricola: 2252. TRASFORMATORE MONOFASE, matricola: 91169 Cordicelle varie misure e colori. DISEGNO CIRCUITO: Funzionamento a vuoto del trasformatore Funzionamento a vuoto: diagramma vettoriale Schema montaggio DATI: ARANCIONE: dati ricavati da Analizzatore di Potenza. GIALLO: dati ricavati manualmente applicando calcoli tramite formule. VERDE: dati ricavati tramite i multimetri posti all’interno del circuito. cosφ 0,80 0,65 0,70 0,71 0,72 0,71 0,69 0,68 0,70 0,67 0,60 0,60 0,63 0,59 0,54 0,52 0,48 0,50 0,40 0,36 0,30 0,20 0,10 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 DATI TARGA TRASFORMATORE: Sn= 120 VA R1θp = 11,67 Ω I1n = 0.54 A R2θp = 0.041 Ω I2n = 5 A T= 20°C PROCEDIMENTO: Nel funzionamento a vuoto il trasformatore è alimentato sul primario con tensione V1 , nel nostro caso utilizziamo il Variac per poter modificare la tensione in ingresso nel range 0-230V, mentre il circuito secondario è aperto e non viene erogata alcuna corrente al carico. Essendo I2 = 0 saranno nulle le cadute di tensione sui paramenti R2 e X2d , quindi all’uscita del trasformatore sarà presente la tensione secondaria a vuoto, pari a quella indotta nell’avvolgimento. Nel primario circolerà la corrente a vuoto I0 . Quest’ultima, unica corrente circolante nella macchina durante il funzionamento a vuoto, viene scomposta nelle sue componenti: Ia = corrente attiva. Iμ = corrente magnetizzante. L’angolo φ0 rappresenta lo sfasamento in ritardo della corrente a vuoto rispetto alla tensione primaria e, di conseguenza, cosφ0 è il fattore di potenza a vuoto del trasformatore. Si definisce rapporto di trasformazione a vuoto il rapporto tra la tensione primaria e quella secondaria a vuoto: K0 = V1 / V20 Il rapporto di trasformazione a vuoto può essere ritenuto circa uguale al rapporto di spire, dato costruttivo della macchina. Essendo il secondario aperto non vi sono potenze erogate dal trasformatore quindi esso assorbe dalla rete di alimentazione le potenze a vuoto che costituiscono delle potenze perse nella macchina stessa. In particolare, la potenza attiva è composta dalla somma della potenza persa nel rame dell’avvolgimento primario a vuoto e la potenza persa nel ferro del trasformatore. P0 = R1(I0)2 + G0(E1)2 Normalmente la corrente I0 vale qualche percento della corrente nominale a carico; detto ciò, il primo termine della formula riportata sopra si può ritenere trascurabile. Deduciamo quindi che la potenza assorbita da un trasformatore nel funzionamento a vuoto si può ritenere uguale alle sole perdite nel ferro. La potenza reattiva assorbita a vuoto è circa pari alla potenza di magnetizzazione del nucleo. Il funzionamento a vuoto può essere riprodotto in laboratorio durante la prova a vuoto, che è una delle misure fondamentali sul trasformatore. Lasciando aperto il secondario si alimenta il primario alla tensione voluta (generalmente si fanno più prove a tensione diversa fino ad arrivare a poco più della tensione nominale. Per questo abbiamo utilizzato il Variac); nel primario abbiamo inserito l’analizzatore di potenza, uno strumento capace di indicare i quattro valori fondamentali quali tensione, corrente, fattore di potenza e potenza attiva. Per avere un riscontro maggiore abbiamo inserito nel primario un voltmetro e un amperometro. Questi strumenti ci hanno indicato la P0 , V1 (circa uguale alla tensione indotta E1) e I0 dalle quali abbiamo ricavato le seguenti grandezze: Perdite nel ferro: Pf circa uguali a P0 8,6 W Fattore di potenza a vuoto: P0 / VI0 0.48 Valore percentuale della corrente a vuoto: 100*(I0/In) 14.7% CONCLUSIONE: Analizzando i dati in tabella possiamo osservare come la corrente aumenta in relazione alla tensione. Osservo, invece, che il fattore di potenza cresce, senza mai arrivare molto vicini a 1, fino a raggiungere un picco a 120V di 0,72 per poi decrescere fino a raggiungere 0,48 alla tensione nominale 230V; questo significa che la macchina elettrica ha un rendimento migliore alla tensione di 120V e allo stesso tempo indica che a vuoto assorbe potenza di cui ne dissipa gran parte. Sicuramente non è una macchina elettrica da tenere in tensione nella nostra civile abitazione dato che pur lavorando a vuoto abbiamo un consumo notevole. Per concludere possiamo dire che l’obiettivo è stato raggiunto riuscendo a trovare tutti i dati prefissati in partenza e inoltre abbiamo osservato come tutti i dati siano dipendenti l’uni dagli altri. FIRMA _________________________
