Изучение устройства и работы трансформатора
Лабораторная работа №14.
Цель: изучение устройства трансформатора и измерение его коэффициента трансформации.
Теория.Трансформатор образует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Он состоит из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали, на которой располагаются две катушки (их называют обмотками) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько.
Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (это режим работы называют холостым ходом трансформатора), то в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмотки равную ЭДС, поэтому ЭДС индукции во всей обмотке прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке, т.е.
При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС E2. В первичной обмотке ЭДС E1 по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными, поэтому
где K- коэффициент трансформации. Если вторичных обмоток несколько, то коэффициент трансформации для каждой из них рассчитывается аналогично.
Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникает ток. Этот ток создает магнитный поток, который, согласно правилу Ленца, должен уменьшить изменение магнитного потока в сердечнике, что, в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке. Но эта ЭДС равна напряжению, приложенному к первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного потока. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформатором от сети.
При выполнении работы следует изучить устройство трансформатора, включить его в сеть переменного тока. В режиме холостого хода измерить напряжение на обмотках и вычислить коэффициент трансформации, а при работе трансформатора «под нагрузкой» установить связь между токами и напряжениями в обмотках.
Для выполнения работы применяется лабораторный разборный трансформатор, рассчитанный на включение в сеть переменного напряжения. Трансформатор состоит из двух катушек и сердечника. Сердечник состоит из двух половин, которые вставляют в катушки и с помощью скобы закрепляют на основании.
Оборудование: трансформатор лабораторный, амперметр, вольтметр, реостат ползунковый, ключ замыкания тока, комплект провод.