Изучение устройства и работы трансформатора.

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1. Трансформатор - универсальный, разборный с двумя катушками (катушка 120/220 В и катушка 6/6 В)

2. Вольтметр V₁ с пределом измерения 60 В (общий) и вольтметр V₂ с пределами измерения от 1,5 до 15 В.

3. Амперметр с пределом измерения 2,5 А .

4. Миллиамперметр с пределом измерения 1А.

5. Лампа накаливания на 6-12 В.

6. Ключ.

7. Соединительные провода.

Цель работы:

Познакомится с устройством трансформатора и режимами его работы.

Исследовать зависимость силы тока холостого хода от индуктивности сердечника.

Научиться, опытным путем определять коэффициент трансформации и к.п.д. трансформатора.

1. Теоретическое введение.

Потребителям электроэнергии нужен электрический ток различных напряжений. Переменный ток обладает преимуществом перед постоянным: его напряжение легко поддаётся изменению с помощью явления электромагнитной индукции. Способы преобразования напряжения постоянного тока весьма сложны.

Прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте называют трансформатором.

рис. 1

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, сделанного из мягкой стали, на который надеты две (иногда и больше) изолированные друг от друга катушки (их называют обмотками). Обмотки имеют разное число витков. Обмотка, которая подключается к источнику переменного тока, называется первичной. Число витков в ней обозначим П1. Обмотка, соединенная с потребителем, называется вторичной. Число витков в ней обозначим П2 (см. рис. 1).

Режим работы трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой называется холостым ходом трансформатора I_xx. Трансформатор потребляет небольшую мощность холостого хода. Эта мощность расходуется на перемагничивание сердечника и нагревание проводника первичной катушки Р_хх.

Под действием тока в сердечнике создаётся переменный магнитный поток, который наводит ₁ -Э.Д.С. в первичной катушке и ₂- Э.Д.С. во вторичной катушке. По закону Фарадея величины этих Э.Д.С. равны:

(1) (2)

Разделив (1) на (2), получим, что индуцированные Э.Д.С. пропорциональны числу витков в обмотках:

(3)

Отношение числа первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называют коэффициентом трансформации.

Если числа витков во вторичной обмотке больше чем в первичной , то трансформатор называют повышающим. У такого трансформатора с вторичной обмотки снимают напряжение больше, чем-то, которое подано на первичную катушку. У повышающих трансформаторов К < 1 . Если число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной , то трансформатор называется понижающим. У такого трансформатора с вторичной обмотки снимают напряжение меньше, чем-то, которое подано на первичную катушку.

У понижающих трансформаторов К > 1 . Когда к клеммам вторичной обмотки подключается нагрузка, трансформатор начинает работать в режиме нагруженного трансформатора. При этом режиме ток вторичной обмотки создает в сердечнике магнитный поток, направленный против потока первичной обмотки.

Поэтому индуктивное сопротивление первичной катушки уменьшается, а ток в первичной обмотке будет возрастать до тех пор, пока не восстановится начальное значение магнитного потока в сердечнике.

Поэтому действующее значение тока в первичной обмотке нагруженного трансформатора больше тока холостого хода.

Поскольку магнитный поток обмотки пропорционален числу ее витков и току, то можно приближенно принять, что

Тогда получим, что:

Т.е. сила тока в обмотках обратно пропорциональна числу витков. Обозначим: - мощность, потребляемую первичной обмоткой, из сети. - мощность, потребляемую потребителем со вторичной обмотки.

Величина - называется коэффициентом полезного действия (к.п.д.) трансформатора.

По закону сохранения энергии: ,

где: - мощность, теряемая на теплоту, выделяющуюся в обеих обмотках по закону Джоуля-Ленца, - потери на перемагничивание стального сердечника трансформатора.