מעבדה בהמרת אנרגיה: דוח מכין + מסכם: שנאי הספק חד-פאזי3מעבדה מספר

: דוח מסכם: שנאי הספק חד-פאזי 3 מעבדה מספר

שנאי הספק חד-פאזי. 3

שנאי הספק הוא מכונה סטטי המאפשר העברת אנרגיה חשמלית של זרם חילופיןממערכת אלת למערכת אחרת ובאפשרותו לשנות ערכים של מתח וזרם.

השנאי מורכב משני חלקים עיקריים:

מעגל מגנטי סגור העשוי ברוב המקרים מחבילות פחי – ברזל בצורת טבעת.1ריבועית )גרעין השנאי( שתפקידם להוות מסלול לשטף מגנטי סגור.

Nשני סלילים מלופפים מסביב לגרעין. הסליל הראשוני כולל: .2 כריכות והסליל1Nהשני כולל כריכות. הזרם שמקור המתח מזרים דרך הסליל הראשוני יוצר2

במעגל המגנטי שטף מגנטי מתחלף שמשרה כא"מ שווה בכל אחת מכריכותהסליל הראשוני והסליל המשני.

את הכא"מ המשני ניתן להעביר לצרכן האנרגיה החשמלי מן הצד הראשוני באמצעותהשראה מגנטית.

מקדם יחס השנאה של השנאי המעשי:

=n: 3.1נוסחה N 2

N1

≈U 2n

U 1n

=I 1n

I 2n

= 1K

U 1n , I 1n.מתח וזרם נקובים בראשוני –

U 2n , I 2n.מתח וזרם נקובים במשני –

.3.1לניתוח התמורה של השנאי המעשי מתואר באיור

: מעגל תמורה של שנאי מעשי3.1איור

סימונים:

U – מתח בראשוני1

U 2U) - מתח במשני כפי שהוא משוקף בראשוני ' 2

'=K ∙ U 2 )

I – זרם בראשוני1

I 2I) - זרם במשני כפי שהוא משוקף בראשוני ' 2'=K ∙ I 2 )

I 1a0זרם הריקם בראשוני –

I – זרם המגנוט10

R1התנגדות הסליל בראשוני –

R1R2) - התנגדות של הסליל המשני המשוקף בסליל הראשוני '

'=K 2 ∙ R2 )

X1היגב השראתי של הליפוף –

R0התנגדות מעגל המגנוט –

X2) - היגב הפיזור של הסליל המשני המשוקף בסליל הראשוני ' X2

'=K2 ∙ X2 )

X2 - עקבה המחוברת למשני כפי שהיא משוקפת בראשוני.'

: דוח מסכם: שנאי הספק חד-פאזי 3 מעבדה מספר

: מציאת הפרמטרים הנקובים של השנאי 3.1 ניסוי

מטרת הניסוי:

ומספר3לברור את הפרמטרים העיקריים של השנאי הדרושים לביצוע מעבדה מספר 4.

מהלך הניסוי:

U ושל: Snom נמלא את רשימת הנתונים של: 3.1בטבלה א. 1nomלפי הנתונים , הרשומים על השנאי:

של הסליל הראשוני ושל הסליל המשני.R2 ו- R1נמדוד את ההתנגדויות של ב.

R2 [Ω ]R1 [Ω ]I 2nom [ A ]I 1nom [ A ]nU 2nom [ V ]U 1nom [ V ]Snom [VA ]

0.612.154.342.1740.5115230500

3.2נרכיב את המעגל המתואר באיור ג."(.OFF, במצב "SW-1כאשר המעגל המשני חייב להיות פתוח )המתג

Uהזנת הצד הראשוני במתח נומינאלי של השנאי ) 1nom.)חישוב יחס ההשנאה:

k=1n= 10.5

=2

הנוסחאות שהשתמשנו כדי למלאת את הערכים בטבלה:ד.

I 1nom=Snom

U 1nom

I 2nom=Snom

U 2nom

n=I 1nom

I 2nom

: ניסויי ריקם של השנאי 3.2 ניסוי

ניסוי ריקם הוא אחד משני הניסויים הבסיסיים המבוצעים על:מטרת הניסוישנאי ומאפשרים למצא את הפרמטרים של מעגל התמורה וההפסדים בשנאי.

:מהלך הניסוי . העלנו את המתח בצד הראשוני של3.2השתמשנו במעגל המתואר באיור

100השנאי באופן הדרגתי מ [ V 250 ל- [ [ V ]. מדדנו את המתח, את הזרם ואת ההספק במצבים שונים המתוארים בטבלה

, כולל נדידה הכרחית במתח נומינאלי.3.2R0 ,Xחישובים נוספים: cos ו- 0 φ0.על סמך המדידות במתח הנומינאלי

:לחישובנוסחאות שימושיות

R0=(U 10)

2

P0=

U 1nom

I 0cos φ0

X 0=(U 10 )2

√U 102 ∙ I 0

2−P02=

U 1nom

I 0sin φ0

U 1nom [ V ]100130160190230250

I 1nom [ mA ]33.645.866.6103.6188257

P0 [W ]23.34.736.499.210.7

R0 [ Ω ]5750

X 0 [ Ω ]1252

cos φ00.214

:3.2טבלה מספר בניסוי ריקם מחשבים הפסדי ברזל של השנאי

9.2הפסדי הברזל שקיבלנו: [ W ]

08 001 021 041 061 081 002 022 042 0620

05

001

051

002

052

003

)u(f=I

: אופן זרם כפונקציה של המתח )עבור סליל ראשוני(3.2.1גרף

08 001 021 041 061 081 002 022 042 0620

2

4

6

8

01

21

)u(f=P

: אופן הספק כפונקציה של המתח )עבור סליל ראשוני(3.2.2גרף

115עכשיו הפכנו את השנאי )את הסליל [ V ואת הסליל:K-410 נחבר לספק של [230 [ V ננתק(.[

115ונחזור על שלבי הניסוי כאשר הסליל של [ V הוא הסליל הראשוני והסליל של[230 [ V הוא הסליל המשני(.[

U 1nom [ V ]507090115130

I 1nom [ mA ]6396.7166.5343.353.9

P0 [W ]1.933.595.688.411.3

R0 [ Ω ]1490

X 0 [ Ω ]344

cos φ00.225

:3.3טבלה מספר

8.4הפסדי הברזל שקיבלנו: [W ]

04 05 06 07 08 09 001 011 021 031 0410

001

002

003

004

005

006

)u(f=I

: אופן זרם כפונקציה של המתח )עבור סליל משני(3.2.3גרף

04 05 06 07 08 09 001 011 021 031 0410

2

4

6

8

01

21

)u(f=P

: אופן הספק כפונקציה של המתח )עבור סליל משני(3.2.4גרף

: ניסוי קצר של שנאי 3.3 ניסוי

מהלך הניסוי:

קיצרנו את הסליל של השנאי המשני, ע"י אמפרמטר3.2במעגל המתוארת באיור A2 העברנו את( המתגSW-1" במצב ,ON בנוסף העלנו את המתח של הספק .)"K-1.1 עד לקבלת זרם של 410 ∙ I nom.

מדדנו את הזרם, המתח וההספק בזרמים שונים כולל מדידה הכרחית בזרםנומינאלי.

.3.4את התוצאות רשמנו בטבלה מספר

Uחישבנו את הערכים הבאים: k (% ) ,Rk ,X k ,Pk ואת ,cos φkעל סמך המדידות

בזרם נומינאלי.

נוסחאות שימושיות לחישוב:

U k (% )=100 ∙U k

U 1nom

Zk=U k

I k

Pk=∆ Pcu1+∆ Pcu 2=I12 ∙ R1+ I 2

2 ∙ R2

Rk=R1+R2n2

=Pk

I k2

cos φk=Rk

zk

X k=zk ∙ sinφK=√ U K2

I k2 −Rk

2

כדי להוריד את השפעתו של שינויי הטמפרטורה של סליל השנאי עלהערה: תוצאות המדידה, הקטנו את הזמן בביצוע במדידות בניסוי קצר ורשמנו את

המדידות במיידי.

I 1k [ A ]0.2In0.4In0.6In0.8InIn1.1In

0.4350.871.31.742.1742.39

I 2k [ A ]0.9131.6262.623.34.434.6

U 1k [V ]2.54.437.259.512.1612.74

U 1k [% ]11.772.93.84.865.09

Pk [ W ]1.1253.559.251.62.662.88

Rk [ Ω ]4.59

Zk [ Ω ]5.6

X k [ Ω ]3.19

cos φk0.96

:3.4טבלה מספר 2.66הפסדי הנחושת שקיבלנו: [W ].

0 2 4 6 8 01 21 410

5.0

1

5.1

2

5.2

3

)u(f=k1I

: אופן זרם כפונקציה של המתח )עבור סליל משני(3.3.1גרף

0 2 4 6 8 01 21 410123456789

01

)u(f=kP

: אופן הספק כפונקציה של המתח )עבור סליל משני(3.3.2גרף

115עכשיו הפכנו את השנאי )את הסליל [ V ואת הסליל:K-410 נחבר לספק של [230 [ V (.A2 נקצר דרך אמפרמטר [

115וחזרנו על שלבי הניסוי כאשר הסליל של [ V הוא הסליל הראשוני והסליל של[230 [ V הוא הסליל המשני(.[

3.5את תוצאות המדידות והחישובים רשמנו בטבלה

I 1k [ A ]0.2In0.4In0.6In0.8InIn1.1In

0.8681.7362.63.474.342.335

I 2k [ A ]0.40.91.41.792.362.335

U 1k [V ]1.12.493.95.16.56.5

U 1k [% ]0.952.163.394.435.655.65

Pk [ W ]0.834.2410.3416.829.328.9

Rk [ Ω ]4.59

Zk [ Ω ]5.6

X k [ Ω ]3.19

cos φk0.96

:3.5טבלה מספר

W]29.3הפסדי הנחושת שקיבלנו: ].

0 1 2 3 4 5 6 70

5.01

5.12

5.23

5.34

5.45

)u(f=k1I

: אופן זרם כפונקציה של המתח )עבור סליל ראשוני(3.3.3גרף

0 1 2 3 4 5 6 70

5

01

51

02

52

03

53

)u(f=kP

: אופן הספק כפונקציה של המתח )עבור סליל ראשוני(3.3.4גרף

בניסוי החוזר הזרם הנומינאלי של השנאי שונה מהזרם הנומינאלי שבניסויהערה:הקודם.

מסקנות

Uבשני הניסויים, ניסוי קצר וניסוי ריקם - קיים יחס ישר בין מתח הכניסה .1 i0

Iלבין הזרם i0 וההספק P0ככל שהמתח עולה כך גם הזרם והספק המוצא . עולים.

סליל.2 ועבור סליל ראשוני )עבור כי מההספק המתקבל רואים ריקם בניסוי נומינאלי של אותו ובייחוד כאשר מדדנו במתח זהה משני(, ההספק כמעט סליל הנמצא בכניסה. המסקנה היא שההספק בכניסה והיציאה כמעט שווה,

קיימים הפסדי הספק ולכן הספק כניסה ויציאה אינם בדיוק שווים. ההספק נשמר בהתאמה בכל מדידה ומדידה, כי היחס בין הזרם והמתח נשמר.3

)יחס ההשנאה(. בניסוי ריקם ניתן לראות במתח כניסה גבוה יותר זרם בסליל נמוך יותר מזרם.4

הנמדד כאשר מתח הכניסה נמוך יותר.Xבניסוי ריקם .5 ו- 0 R0בניסוי הראשון )סליל ראשוני( יצאו יותר גדולים מאשר

בניסוי השני )סליל משני(.שההתנגדויות.6 וראינו המשני, מצד ופעם ראשוני מצד פעם ניסויים ביצענו

משתנות )כתוצאה משיקופים מצד מתח גבוה/נמוך לצד מתח נמוך/גבוה(. ניסוי קצר מאפשר לנו למצא את הפרמטרים של מעגל התמורה ואת הפסדי.7

הנחושת, מתבצע בזרם נקוב ואין לעבור אותו, מכיוון שהסליל עלול להתחמםניסוי ריקם מאפשר לנו ותהיה השפעה של שינויי הטמפרטורה לעומת זאת למצא את הפרמטרים של מעגל התמורה ואת הפסדי הברזל, מתבצע במתח

נקוב.

עבודת בית

אופנים מופיעים בשלבי מהלך הניסוי.1בניסוי ריקם ההפסדים נחשבים כהפסדי ברזל.2

בניסוי ריקם מנתקים את הצד הראשוני או המשני וכך לא זורם אליהם זרם. )הפסדי נחושת( אזי הפסדי נחושתZk )הפסדי ברזל( יותר גדולה מ- Z0עכבת

זניחים והפסדי הברזל הם בעלי המשמעות. כל הזרם זורם דרך הסליל שאינו מנותק מחובר אל הליבה ולכן נוצרים הפסדי ברזל. בשנאי מעדי תמיד מתקיים

+R0את התנאי: j X μ ≫R1+ j X1 אזי כמעט כל המתח נופל על העכבה R0+ j X μ

.X μ.)השראות הדדית של הסלילים )רכיב אקטיבי חסר הפסדי הספק – R0התנגדות אוהמית המייצגת הפסדי ברזל הנובעים מהפסדי היסטרזיס –

וזירמי מערבולת )רכיב פאסיבי הגורם להפסדי ברזל(.מכאן נובע כי בניסוי ריקם ההפסדים בשנאי נחשבים כהפסדי ברזל בלבד.

אופנים מופיעים בשלבי מהלך הניסוי.3בניסוי קצר ההפסדים נחשבים כהפסדי נחושת.4

בניסוי קצר מקצרים את הצד הראשוני או המשני וכך לא זורם אליהם זרם. Zk )הפסדי ברזל( יותר גדולה מ- Z0עכבת . Zk נמצא במקביל ל-Z0עכבת

)הפסדי נחושת( נחושת. לכן רוב הזרם יעבור לסליל הראשוני או המשני מתנהגת כמו נתק לכןZ0 .Z0 ולא דרך Zk)בהתאם לצד המקוצר( דרך עכבת

יהיה רק הפסדי נחושת. +R0בשנאי מעשי תמיד מתקיים את התנאי: j X μ ≫R1+ j X1אזי עכבה

R0+ j X μ מתנהגת כנתק מכאן כמעט כל הזרם עובר דרך Zk=R2+ j X2.X1 , X2.השראות עצמית של הסליל הראשוני והמשני בהתאמה – R1 , R2.התנגדות אוהמית של הסליל הראשוני והמשני בהתאמה –

מכאן רואים שגודל ההספק המתבזבז תלוי בפרמטרים של הסליל )הפסדי.נחושת(

Vח קצר מת.5 s . cהינו מתח שנמדד בצד הראשוני של השנאי במטרה לחשב את פרמטרים של סלילי השנאי לצורך הרכבת מעגל תמורה וחישוב הפסדי

נחושת.

סכמת מדידות ומעגלי תמורה.6