Лабораторная работа № 9.

Тема: Изучение устройства трансформатора и измерение его коэффициента трансформации.

Цель работы: изучить устройство трансформатора, определить его коэффициент трансформации и установить связь между токами и

напряжениями в обмотках.

Оборудование: трансформатор разборный, 2 вольтметра Э–59, соединительные провода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Он состоит из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой электротехнической стали, на котором располагаются две катушки (обмотки) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток называется первичной – подключается к источнику переменного напряжения, потребители подключаются ко вторичной обмотке.

Е сли первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (режим холостого хода), то в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток, этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую э.д.с., поэтому э.д.с. индукции в каждой обмотке будет пропорциональна числу витков в этой обмотке. т.е.

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U₂ будет равно наводимой в ней э.д.с. Е₂. в первичной обмотке э.д.с. Е₁ по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U₁, практически их можно считать равными, поэтому

Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникнет ток. Этот ток создает магнитный поток, который согласно правилу Ленца, должен уменьшить изменение магнитного потока в сердечнике, что в свою очередь, приведет к уменьшению э.д.с. индукции в первичной обмотке.

Но эта э.д.с. 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 220 В. В режиме холостого хода измерить напряжение на обмотках и вычислить коэффициент трансформации, а при работе под нагрузкой установить связь между токами и напряжениями в обмотках

Для выполнения работы применяется трансформатор из набора, рассчитанный на включение в сеть 220 В. Трансформатор состоит из двух катушек и сердечника.

ХОД РАБОТЫ.

Изучение устройства трансформатора:

1.Рассмотрите устройство трансформатора. Определите первичную обмотку (клеммы с надписью 220 В и две вторичных клеммы с надписью 6 В и 6 В).

2.Начертите электрическую схему трансформатора.

3.Разберите трансформатор. Для этого ослабьте два зажима, расположенные сверху, снимите их, далее снимите ярмо и снимите катушки.

4.Соберите трансформатор. Для этого наденьте катушки на сердечник, положите ярмо, вставьте и закрутите зажимы.

Измерение коэффициента трансформации:

1. Начертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Соберите цепь по схеме.

3. Измерьте напряжение на первичной обмотке U₁ и запишите в таблицу.

4. Измерьте напряжение на каждой из вторичных обмоток U₂ и U₃ и запишите в таблицу.

5 .Вычислите коэффициенты трансформации К₁ и К₂ и результат запишите в таблицу.

№ опыта	U1, В	U2 ,В	U3, В	K1	K2

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим?

2. Изменяет ли трансформатор частоту преобразуемого переменного тока?

3. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин?

4. Почему мощность, потребляемая от вторичной обмотки, меньше мощности, подводимой к первичной обмотке?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10.

Тема: Определение индуктивного сопротивления катушки.

Цель: Определить индуктивное сопротивление катушки экспериментально, с помощью компьютерной программы «Electronics Workbench».

Оборудование: компьютерной программы «Electronics Workbench».

ТЕОРИЯ.

Проволочная катушка, включенная в цепь переменного тока, кроме активного сопротивления R, определяемого материалом, размерами и температурой проволоки, создает дополнительное сопротивление Х_L, называемое индуктивным. Величина этого сопротивления пропорциональна индуктивности L и циклической частоте переменного тока ω, то есть

Х_L = ωL.

При этом полное сопротивление катушки переменному току Z определяется по формуле:

Z = √R² + Х_L² .

Таким образом, из этих двух уравнений можно найти индуктивное сопротивление катушки двумя способами, если учесть, что ω =2πν:

Х_L = √ Z² - R² (1)

Х_L = 2πνL. (2)

Следовательно, чтобы определить индуктивное сопротивление катушки, необходимо знать частоту переменного тока, полное и активное сопротивление катушки и ее индуктивность. Активное сопротивление и индуктивность катушки подбираем сами. Полное сопротивление находим, пользуясь законом Ома для цепи переменного тока:

Z =U/I. (3)

Частота переменного тока ν =50Гц, равна частоте сети переменного тока.

ХОД РАБОТЫ.

1. Для выполнения работы, нам понадобится схема:

Рис.1..

В компьютерной программе «Electronics Workbench». эта схема выглядит так:

Рис. 2.

2. Соберите электрическую схему (см. Рис.2).

3. Выберите индуктивность катушки порядка 10 -100мГн.

4. Выберите ее активное сопротивление порядка нескольких Ом.

5. Подберите режим работы вольтметра и амперметра, соответствующий режиму переменного тока (см. Рис3). Для этого в схеме кликните левой кнопкой мышки на вольтметре (амперметре) два раза и выберите режим переменного тока то есть Mоde: АС

Рис.3.

6. Теперь мы будем измерять ток, идущий через катушку, при разных напряжениях переменного тока. Для этого мы будем менять напряжение источника. Чтобы изменить напряжение источника, надо два раза кликнуть левой кнопкой мышки на источнике в схеме. Появится окошко см. рис. 4. Не забудьте выставить частоту тока 50 Гц.

Рис.4.

Последовательно меняем напряжение от 25В до 5В шагом в 5В.

Внимание! Не забудьте включать схему в верхнем правом углу окна, после любого ее изменения!

При каждом новом значении напряжения фиксируем показание амперметра и вольтметра. Записать полученные значения напряжения и тока в таблицу.

7. Определите полное сопротивление цепи по формуле (3) для каждого из измеренных параметров и убедитесь в том, что полное сопротивление не зависит от напряжения. Не забудьте перевести mА в систему СИ!

8. По первой формуле (1) вычислите индуктивное сопротивление катушки катушки Х_L.

8. Вычислите индуктивное сопротивление катушки Х_L, по второй формуле (2).

Х_L =2πνL

Внесите полученные результаты в таблицу.

8. Сделайте вывод о проделанной работе.

Таблица.

R, Ом
L, Гн
U, В
I, А
Z, Ом
ХL , Ом
ХL1, Ом

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Почему, для постоянного тока, катушка имеет малое сопротивление, а для переменного – большое?

2. Почему индуктивное сопротивление катушки возрастает при внесении в нее сердечника?

3. Почему при размыкании цепи с индуктивностью в месте размыкания возникает дуга?

4. Как изменится индуктивное сопротивление катушки, если увеличится частота переменного тока?

5. От чего зависит индуктивность проводника?