Изучение устройства и работы трансформатора

 

Цель: изучить устройство и работу трансформатора, определить коэффициент трансформации.

Краткое теоретическое обоснование

В радиотехнике, электротехнике, электронике широко используют трансформатор. Внешний вид  одного из них (простейшего) показаны на рисунке.

 

 

  

Рис. 1 Внешний вид  трансформатора

 

Основные элементы любого трансформатора:1) сердечник (магнитопровод) - набирается из отдельных тонких изолированных друг от друга листов магнитомягкой стали; 2) две обмотки с разным числом витков: с небольшим количеством витков n₁ толстой проволоки и с большим количеством витков n₂ тонкой проволоки.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

U1 – входное напряжение  U2 – выходное напряжение n1 – число витков в первичной обмотке n2 – число витков во вторичной обмотке

                           

n2

n1

                                                                                                                         

         

 

 

Трансформатор работает только в сети переменного тока

- условное обозначение источника  переменного тока в электрической схеме

~

 

- Коэффициент трансформации, k >1 –трансформатор  понижающий; k <1 –трансформатор  повышающий.

 

 

 

 

1. На первичную обмотку поступает переменный электрический ток ~ I 2. Он порождает в пространстве вокруг себя переменное магнитное поле, ∆Ф – изменение магнитного потока.

Принцип действия трансформатора

 

 

                                                                                           

 

3. Вторичная обмотка оказывается в переменном магнитном поле.

4. В каждом витке вторичной обмотки возникает ε _i – эдс индукции, т.е индукционный  ток   I_i.

5. Все ε _i  складываются, т.е. если n₂ > n₁ –напряжение повышается и наоборот.

Коэффициент полезного действия трансформатора составляет  95 ÷ 98%

Потери	Пути их устранения
1.Нагревание обмоток	Обмотка меньшего напряжения (т.е. большей силы тока) изготавливается большей площадью поперечного сечения  S
2. Рассеивание магнитного потока	Сердечник изготавливают замкнутым
3. Токи Фуко – вихревые токи	Сердечник изготавливают набранным из пластин

Токи Фуко – это вихревые замкнутые токи, которые возникают в сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле.

 

 

Трансформатор был изобретен П.Н. Яблочковым в 1876 г.

Оборудование: трансформатор, источник электрической энергии на 42В, А вольтметр (2 шт.), амперметр, ключ, соединительные провода.

•

Рис. 2  Схема электрической цепи для определения

коэффициента трансформации

 

Порядок выполнения работы

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 2

2. После проверки цепи преподавателем, замкнуть ключ. Пронаблюдать

работу электрической цепи и сделать вывод.

3. Снять показания измерительных приборов и занести их в таблицу 1.

4.Определить коэффициент трансформации и сделать вывод: является ли трансформатор понижающим или повышающим и почему?

 

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

 

Сила тока	Напряжение на концах обмоток		Коэффициент трансформации k
I, А	первичной U1, В	вторичной U2, В

 

Контрольные вопросы

1. Рассказать о назначении, устройстве и принципе действия трансформатора.

2. С какой целью магнитопровод набирается из тонких изолированных пластин электротехнической стали? Каков КПД современных трансформаторов?

3. С какой целью для передачи электрической энергии используют трансформатор? Ответ обосновать.

4. Кто является изобретателем трансформаторов? Кем впервые была решена задача передачи электроэнергии без больших потерь?

5. Каково напряжение в ЛЭП России?

 

 

Лабораторная работа 7