15. Модель индукционной печи

Для демонстрации принципа действия индукционной печи собирают на сердечнике 2 (рис. 41) катушку 120/220 в и кольцо-желоб 13 и закрепляют ярмо прижимами. Ярмо следует положить шлифованной плоскостью к шлифованным плоскостям сердечника. Затем подключают через рубильник К сети переменного тока 120 в .или 220 в соответствующие зажимы катушки (рис. 41), а в желоб закладывают кусочки олова. При включении рубильника возникающее переменное магнитное поле (от переменного тока, протекающего по катушке) индуцирует ток в желобе, вследствие чего желоб разогревается и находящиеся в нем кусочки олова расплавляются.

16. Модель электросварочного аппарата

На сердечник 2 надевают катушку 120/220 в и катушку П электросварочного аппарата. В зажимы электросварочной катушки прочно закрепляют при помощи стержней II_и электроды /₃ остриями друг к другу. (Вместо электродов можно взять два хорошо зачищенных напильником гвоздя диаметром около 2 мм.)

В ключают обмотку катушки 120/220 в в сеть и сближают концы электродов до соприкосновения (рис. 42). Ввиду большого сопротивления в месте соприкосновения металл электрода нагревается до красного каления. В это время надо несколько сильнее сжать ручки, а затем отключить обмотку катушки 120/220 в от сети. При этом электроды (или гвозди) свариваются.

Опыт демонстрирует принцип устройства электросварочного ап­парата, состоящего из обмотки трансформатора, в котором вторичная низковольтная обмотка выполнена в виде нескольких витков толстого медного провода, и приспособления для сжатия свариваемых деталей. Вторичная обмотка сварочного трансформатора изготовлена из толстого медного провода, так как в момент сваривания через нее должен протекать ток большей силы.

17. Опыты с трансформатором

а) Сборка трансформатора (рис.43).

Н а U-образный сердечник надевают катушку 120/220 в и катуш­ку 6/6 в. Затем на сердечнике закрепляют ярмо, как описано выше. При сборке трансформатора следует обратить особое внимание на то, чтобы ярмо было обращено шлифованной стороной к сердечнику g точно совпало с его концами. Необходимо также обеспечить плотное прижатие ярма к сердечнику, для чего следует сильно за­вернуть винты прижима За и закрепить их контргайками Зв.

Собранный трансформатор позволяет наглядно демонстрировать принцип устройства силовых трансформаторов, так как он состоит из основных частей любого трансформатора—железного сердечника и катушек. Технические данные собранного трансформатора следующие: а) ток холостого хода при питании напряжением 120 в— не более 0,55 а, а при питании напряжением 220 в—не более 0,35 а; б) мощность, снимаемая со вторичных катушек, не более 60 вт.

Так как на катушке 120/220 в имеются две секции, то можно демонстрировать трансформатор с двумя обмотками на одном каркасе. В этом случае катушка 6/6 в не устанавливается на сердечник.

б) Понижение напряжения с помощью трансформатора.

Собранный трансформатор подключают к сети переменного то­ка напряжением 120 в или 220 в, подводя провода от сети через рубильник к соответствующим зажимам катушки 120/220 в, как показано на рисунке 44. К этим же зажимам подключают вольтметр V₁, а к зажимам катушки 6/6 в подключают второй вольтметрV_II. Если теперь замкнуть рубильник, то вольтметр Vi покажет напряжение сети, а вольтметр V_II -— выходное напряжение трансформатора (если вольтметр V_II подключен к среднему и одному из крайних зажимов катушки 6/6 в, то он покажет около 6 в, а если — к двум крайним зажимам, то — около 12 в). Таким образом, опыт демонстрирует понижение напряжения при помощи трансформатора. Можно в этом опыте заменить вольтметр Vu маленькой лампочкой от карманного фонаря, рассчитанной на напряжение 6,3 в, а не 3,5 в (напряжение лампочки написано на ее цоколе). Тогда при замыкании рубильника, включающего в сеть первичную катушку, лампочка, рассчитанная на низкое напряжение, горит нормально (не перегорая

Рис. 45

!) (рис. 45)

М ожно опыт понижения напряжения демонстрировать при по­мощи трансформатора, имеющего одну катушку с обмоткой из двух секций. Для этого используют трансформатор, собранный только с одной катушкой 120/220 в. Провода от сети переменного тока 220 в подводят к зажимам 220, к этим же зажимам подклю­чают вольтметр Vi , а к зажимам 120 — вольтметр Vu (см. схему на рис. 46). В этом случае вольтметр Vi покажет напряжение сети, т. е. около 220 в, а вольтметр V_II —выходное напряжение трансформатора, т. е. 120 в.

Проведенные опыты показывают, что коэффициент трансформации трансформатора К, т. е. отношение величины напряжения на концах первичной обмотки V_\ к величине напряжения на концах вторичной обмотки V₁₁ равно отношению числа витков первич­ной катушки п_х к числу витков вторичной катушки п₂

в) Повышение напряжения при помощи трансформатора.

Д ля данного опыта используют трансформатор, собранный толь­ко с одной катушкой 120/220 в. Провода от сети переменного тока 120 в подводят к зажимам 120, к этим зажимам подключают вольт­метр Vi , а к зажимам 220 — вольтметр Vn (см. схему па рис. 47). В этом случае вольтметр Vi покажет напряжение сети, т. е. около 120 в, а вольтметр Vu —выходное напряжение трансформатора, т. е. около 220 в.

Таким образом опыт демонстрирует повышение напряжения.

Этот опыт можно также наглядно демонстрировать при помощи электрической лампочки, рассчитанной на напряжние 220 в (25— 50 вт). Включив предварительно лампочку в сеть 120 в, демонстрируют, что она горит слабо (в полнакала). Затем эту же лампочку включают в сеть через собранный трансформатор по схеме, изображенной на рисунке 48, и лампочка загорается ярко.

г) Демонстрация зависимости токов в первичной и вторичной о6мотках трансформатора.

П редыдущие опыты проводились с трансформатором, который работал вхолостую. При холостом ходе трансформатора (т. е. при работе трансформатора вхолостую) ток, намагничивающий желез­ный сердечник, вследствие большой индуктивности катушки очень мал. Это можно демонстрировать, если собрать цепь согласно схеме, изображенной на рисунке 49. Амперметр при замыкании рубильника Р покажет силу тока холостого хода.

Теперь нагружают трансформатор, замкнув через реостат цепь вторичной обмотки (рис 50). Для данного опыта целесообразно взять следующие приборы: А\ — амперметр до За, Л₂— амперметр на 10 а, ползунковый реостат на 15 ом и 5 a, L\ — катушка 120/220 в, L₂ — катушка 6/6 в, Р— однополюсный рубильник. При этом в сеть включается секция катушки 120 в или 220 в в зависимости от напряжения сети, а в качестве вторичной обмотки следует взять всю обмотку катушки 6/6 в (т. е. подключить провода к крайним зажимам этой катушки). Изменяя передвижением ползунка реостата силу тока в катушке, наблюдают за изменением силы тока в первичной цепи. По показаниям амперметров (Л₅ и Л₂) можно убедиться, что нагрузочные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора обратно пропорциональны числам витков в них:

Опыт демонстрирует, что при нагрузке трансформатора происхо­дит непрерывная передача энергии из первичной цепи во вторичную. Если дополнительно включить в предыдущую цепь два вольтметра (V_I и V_II), то на основании показания приборов можно убедиться, что согласно закону сохранения и превращения энергии мощность тока во вторичной цепи почти равна мощности в первичной цепи:

Неточное соблюдение этого равенства (т. е. уменьшение мощно­сти тока во вторичной цепи) происходит из-за потерь энергии в трансформаторе. Но, как показывает опыт, эти потери невелики. Следует обратить внимание учащихся на то, что в современных мощных трансформаторах эти потери еще меньше и доходят до 1— 5% передаваемой мощности.

З ависимость токов в первичной и вторичной обмотках трансформаторов можно демонстрировать наглядно, при помощи электрической лампочки (без электроизмерительных приборов). Для этого собирают цепь согласно схеме, изображенной на рисунке 51. Мощность лампы подбирают такую (приблизительно 100 вт), чтобы накал ее был заметен, когда в первичной цепи включен ток. Замкнув ключом вторичную обмотку, наблюдают, как накал лам­пы заметно усиливается.

Примечание. Замыкать вторичную обмотку накоротко на длительное время нельзя.

ХРАНЕНИЕ ПРИБОРА

После проведения опытов нужно детали разобрать и уложить в гнезда футляра.

Набор надо хранить в сухом отапливаемом помещении.

К учителям школ и преподавателям учебных заведений

Завод «Физэлектроприбор» обращается с просьбой сообщить свои замечания по работе и использованию прибора, а также внести предложения по улучшению конструкции.

Замечания и предложения просим направлять по ад­ресу: 107076, Москва, Б-76, ул. Электрозаводская, дом 33.

15