Отчет по лабораторной работе №12

Кафедра общей физики

Тема:«Изучение работы трансформатора»

Выполнил: студент гр. ЭР-08-1___ _____________ Казаков В.А.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент ____________ Мезенцев А.П.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт- Петербург

Цель работы: Исследование электромагнитной индукции и магнитного потока при помощи трансформатора, определение коэффициента трансформации, передаваемой мощности (без учета потерь), коэффициента полезного действия (КПД).

Краткое теоретическое содержание.

В данной работе изучается явление электромагнитной индукции и магнитного потока. Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока пронизывающего контур.

Магнитным потоком Ф через площадь S контура называют величину

Где В – модуль вектора магнитной индукции, - угол между вектором и нормалью к плоскости контура.

Единица магнитного потока в системе СИ – Вебер(Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1м².. Трансформатор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования напряжения и силы переменного тока. Он имеет сердечник (обычно замкнутой формы) из мягкого железа или иного магнитно-мягкого ферромагнетика, который несет на себе две обмотки - первичную и вторичную. Концы первичной обмотки (вход трансформатора) подключены к сети питающего переменного тока, а концы вторичной обмотки (выход) - к потребителям электрической энергии. При подведении к первичной обмотке трансформатора переменного напряжения, по ней начинает протекать переменный ток, который создает магнитный поток. Этот поток наводит переменную ЭДС в первичной и вторичной обмотках. При замыкании вторичной обмотки на нагрузку по ней начинает протекать переменный ток.

Э.д.с., возникающая в первичной обмотке (э.д.с. самоиндукции), равна

,

а э.д.с. во вторичной обмотке

,

где N₁ и N₂ - число витков в первичной и во вторичной обмотках.

Применяя к обмоткам трансформатора закон Ома для участка с э.д.с., находим напряжение на входе трансформатора

и напряжение на выходе

.

Здесь R₁ и R₂, - сопротивления первичной и вторичной обмоток, а I₁ и I₂ - силы тока в них.

Если ограничиться только случаем разомкнутой вторичной обмотки, то можно положить I₂ = 0. Далее, мы будем считать (что обычно выполняется для всех технических трансформаторов), что R₁I₁ << E₁. Тогда, деля почленно два последних уравнения, находим:

. (1)

Отношение: называют коэффициентом трансформации.

Он показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного напряжения в режиме холостого хода.

Если трансформатор нагружен (вторичная обмотка замкнута), то падением напряжения RI нельзя пренебрегать по сравнению с э.д.с. индукции, и вместо формулы (1) получается более сложное соотношение.

При подключении нагрузки к концам вторичной катушки во вторичной цепи возникает переменный ток (рис.4). Мощность тока в первичной и вторичной цепях, если пренебречь потерями, одинакова. Поэтому увеличение напряжения на выходе повышающего трансформатора в К раз сопровождается уменьшением силы тока во вторичной катушке в К раз.

Передаваемую мощность P (без учета потерь) можно представить в виде

. (2)

Коэффициент полезного действия трансформатора (КПД)

, (3)

где P₁ и P₂ - мощности первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора соответственно.

После проведения всех измерений и вычислений ожидаемым результатом является КПД равное 98%-99%

Схема работы

Расчетные формулы

1)

Где К- коэффициент трансформации, U₁- напряжение на первичной обмотке, U₂- напряжение на вторичной обмотке.

2)

Где Р- мощность, I₂- напряжение на вторичной обмотке, U₂- напряжение на вторичной обмотке.

3)

I₂- напряжение на вторичной обмотке, U₂- напряжение на вторичной обмотке.

I₁- напряжение на первичной обмотке, U₁- напряжение на первичной обмотке.