Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
5
Трансформатор - прибор, служащий для изменения силы тока и напряжения переменного тока.
Трансформатор был изготовлен в первые в 1876 году Яблочковым.
Он представляет собой систему, состоящую из двух или нескольких обмоток (катушек), соединенных ферромагнитным сердечником.
Принципиальная схема трансформатора с двумя обмотками - катушками изображена на рис. 1.
Первичная обмотка - катушка 1 содержит n1 витков.
Вторичная обмотка - катушка 2 содержит n2 витков.
Замкнутые прерывистые линии - линии магнитной индукции в сердечнике.
Если к первичной обмотке приложить от какого-либо источника переменного напряжения U1 , то в ее витках пойдет переменный ток, который создает переменный поток в сердечнике.
Этот изменяющий магнитный поток будет пронизывать как витки первичной так и витки вторичной обмотки трансформатора. Согласно закону Фарадея в обмотках возникнут электродвижущие силы:
(1)
ЭДС 1 возникает в витках первичной обмотки трансформатора в результате действия в этой обмотке переменного напряжения U11 на величину падения напряжения на омическом сопротивлении R1-обмотки, представляющей собой ЭДС индукции.
Ввиду малости падения напряжения I1R1 в первичной обмотке, можно считать, что U1=1 ЭДС самоиндукции 1 в первичной обмотке равна действующему в ней внешнему переменному напряжению U1. ЭДС 2 возникающая в витках вторичной обмотки носит название ЭДС взаимной индукции. Из формулы (1) следует:
(2)
где: К - коэффициент трансформации, показывает во сколько раз ЭДС во вторичной обмотке больше или меньше ЭДС в первичной обмотке трансформатора.
Если К 1 - трансформатор повышающий, а если К 1 - трансформатор понижающий.
Пока вторичная обмотка трансформатора не нагружена, трансформатор работает вхолостую. При холостом ходе он потребляет небольшую энергию, так как ток, намагничивающий стальной сердечник, вследствие большой индуктивности первичной обмотки, очень мал.
Передача энергии из первичной цепи во вторичную при холостом ходе отсутствует. Если вторичную обмотку трансформатора нагрузить, т.е. отбирать от нее ток I2, например, на реостат, то согласно закону Ленца магнитный поток, созданный в сердечнике переменным током I2 ослабит магнитный поток, созданный в сердечнике током I1 первичной обмотки. Это приведет к уменьшению ЭДС самоиндукции Е1 в первичной обмотке и к нарушению равновесия между Е1 и U1. В результате этого ток в первичной обмотке увеличится, увеличится и магнитный поток в сердечнике, созданный этим током, и нарушенное равновесие между E1 и U1 снова восстановится.
Таким образом, появление тока I2 во вторичной обмотке, вызывает увеличение тока в первичной обмотке. При нагрузке трансформатора происходит непрерывная передача энергии из первичной цепи во вторичную.
Пренебрегая потерями энергии в самом трансформаторе можно считать, что мощность тока в обоих обмотках одинаковы:
N1=1I1 и N2=2I2 N1=N2
видно, что токи в обмотках обратно пропорциональны числу витков на этих обмотках.
В действительности потери энергии в трансформаторе имеют место (нагревание обмоток, токи Фуко в сердечнике, утечка магнитного потока, перемагничивание сердечника). Эти потери могут быть незначительные при правильном расчете трансформатора, хорошем изоляционном материале и хорошем материале сердечника.
Коэффициент полезного действия современных трансформаторов достигает 98%. Он измеряется отношением мощности, снимаемой со вторичной обмотки к мощности, поступающей от источника тока к первичной обмотке трансформатора:
где: I1эф; I2эф - эффективные токи и напряжения, показываемые приборами
U1эф; U2эф - во вторичной обмотке трансформатора.
Законы изменения переменных токов, напряжения и ЭДС имеют вид:
I = I0sin t
U = U0sin t
= 0sin t
где: I, U, - мгновенные значения тока, напряжения и ЭДС в данный момент времени.
=2 - циклическая частота. - частота.
I0, U0, 0 - амплитудные значения тока, напряжения и ЭДС.
Электроизмерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующее значение или эффективные токи, напряжения, ЭДС.
Эффективное значение тока оценивается по его тепловому действию и равно значению постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что переменный ток за то же время.
Для определения К и трансформатора собирают цепь (рис. 2)
Тр - понижающий трансформатор.
К - выключатель вторичной цепи.
V1 - вольтметр переменного тока (предел измерения включить на 300 В). Включается в первичную обмотку.
А1 - Амперметр переменного тока в первичной обмотке с пределом измерения 2-5 А.
V2 - Вольтметр переменного тока (включается во вторичную обмотку), предел измерения включить на 60 В.
А2 - Амперметр переменного тока во вторичной обмотке, первоначальный предел измерения включить на 5 А.
Реостаты:
R1 = 10,5 Ом
R2 = 25 Ом
После проверки цепи преподавателем или лаборантом:
1. Полностью ввести сопротивление реостатов, разомкнуть вторичную цепь ключом К, предварительно вставив вилку в розетку. Записать показания приборов А1, V1 V2 в таблицу.
2. Установить предел измерения амперметра А2 на 5А. Замкнуть цепь вторичной обмотки ключом К.
3. Увеличить ток I2эф во второй обмотке движками реостатов R1 и R2 на 0,5А, снимать показания приборов и записывать их в таблицу.
4. При достижении тока I2эф 4,5А разомкнуть ключ, переключить предел измерения амперметра А2 на 10 А, включить ключ и увеличить ток до 6 А.
5. Выключить ключ, и вынуть вилку из розетки. Реостаты полностью ввести.
|
№ п/п |
Первичная цепь |
Режим работы |
Вторичная цепь |
К |
|
||||
|
I1эф (А) |
U1эф (В) |
N1 (Вт) |
I2эф (А) |
U2эф (В) |
N2 (Вт) |
||||
|
холостой ход |
0 |
||||||||
|
1. |
1,0 |
||||||||
|
2. |
1,5 |
||||||||
|
3. |
2,0 |
||||||||
|
4. |
2,5 |
||||||||
|
5. |
3,0 |
||||||||
|
6. |
3,5 |
||||||||
|
7. |
4,0 |
||||||||
|
8. |
4,5 |
||||||||
|
9. |
5,0 |
||||||||
|
10. |
5,5 |
||||||||
|
11. |
6,0 |
Для холостого хода вычислить:
Для нагруженного трансформатора вычислить:
,
Построить график зависимости = f(I2эф)
1. Сформулировать закон электромагнитной индукции.
2. Почему с некоторого значения I2эф КПД уменьшается?
3. Почему с увеличением тока во вторичной обмотке увеличивается ток в первичной обмотке?
4.Что характеризует коэффициент трансформации?
5. Что такое эффективный ток?
6. Что такое мощность тока?
7. Каковы абсолютные ошибки приборов, которыми вы пользовались при измерении токов и напряжений?