 |
Порядок выполнения эксперимента
|
|
|
|
Трансформаторы
Введение
Трансформатор состоит из двух или большего числа катушек (обмоток), магнитная связь, между которыми обеспечивается с помощью ферромагнитного сердечника. Трансформаторы используются для преобразования и согласования напряжений, токов и сопротивлений, а также для развязывания электрических цепей (гальваническая развязка).
В идеальном трансформаторе, то есть в трансформаторе без потерь, потребляемая им мощность равна мощности отдаваемой. В реальности, однако, имеют место потери мощности в меди обмоток (в омических сопротивлениях обмоток) и в сердечнике трансформатора, поэтому резистору нагрузки отдается только часть потребляемой трансформатором мощности.
Коэффициент магнитной связи
Общие сведения
Чтобы обеспечить требуемую магнитную связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора, их помещают на общем сердечнике.
Рис. 7.1
Когда по первичной обмотке W1 протекает ток I1, то большая часть создаваемого им магнитного потока Ф0 сцепляется также и с витками вторичной катушки W2. Однако часть создаваемого первой катушкой потока ФS замыкается, минуя вторую катушку. Эта часть потока называется потоком рассеяния.
Отношение
КСВ = Ф0 / (Ф0 + ФS)
называется коэффициентом магнитной связи. Его можно выразить через напряжения U1 и U2 при холостом ходе и число витков:
или через индуктивности и взаимную индуктивность
.
В идеальном трансформаторе коэффициент связи стремится к единице, однако равным или больше единицы он быть не может.
Во избежание искажения сигналов при их трансформировании и для исключения преждевременного магнитного насыщения материала сердечника постоянным током коэффициент связи уменьшают, разрывая сердечник (создавая воздушный зазор).
|
|
|
Экспериментальная часть
Задание
Измеряя напряжения, определите коэффициент магнитной связи между катушками
- при наличии замкнутого сердечника,
- при наличии сердечника с зазором,
- при наличии половины сердечника,
- при отсутствии сердечника.
Порядок выполнения эксперимента
·
|
|
|
 |
Рис. 7.1.1.
·
 |
Подсоедините источник синусоидального напряжения к выводам первичной обмотки согласно схеме (рис.7.1.2) и установите напряжение U1 = 6…7 В, f = 1 кГц.
Рис. 7.1.2.
· Измерьте мультиметром первичное и вторичное напряжения и занесите результат в таблицу 7.1.1 (строка «При наличии замкнутого сердечника»). Вычислите КСВ.
Таблица 7.1.1
| U1, В | U2, В | КСВ = U2/U1 | |
| При наличии замкнутого сердечника | |||
| При наличии сердечника с воздушным зазором | |||
| При наличии половины сердечника | |||
| При отсутствии сердечника |
· Для измерения напряжений при наличии сердечника с зазором поместите квадратики плотной бумаги между верхней и нижней половинами разъемного сердечника, чтобы имитировать воздушный зазор.
· Удалите одну подкову разъемного сердечника и повторите опыт.
· Удалите сердечник полностью и заполните последнюю строку табл. 7.1.1.
Вопрос: Почему изменяется вторичное напряжение?
Ответ: ………………..
Коэффициент трансформации
Общие сведения
Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора называют коэффициентом трансформации. Отношение чисел витков соответствует отношению первичного напряжения к вторичному при отсутствии нагрузки (холостом ходе) трансформатора и отношению вторичного тока к первичному при коротком замыкании.
|
|
|
В идеальном трансформаторе (при отсутствии потерь, при КСВ ®1 и бесконечно больших индуктивностях обмоток L1 и L2) при любой нагрузке:
КТР = W1 / W2 = U1 / U2 = I2 / I1
Экспериментальная часть
Задание
Измеряя напряжения и токи, определите коэффициенты трансформации при различных числах витков обмоток.
Порядок выполнения эксперимента
· Соберите первичную (300 витков) и вторичную (100 витков) обмотки на разъемном сердечнике, как показано на рис. 7.2.1.
 |
Рис. 7.2.1.
· Подключите источник питания к выводам первичной обмотки согласно рис. 7.2.3 и установите синусоидальное напряжение U1 = 6 В, f = 1 кГц.
 |
Рис. 7.2.3.
· Измерьте вторичные напряжения U2 на выводах вторичных обмоток с числами витков 100, 300 и 900 при холостом ходе. Занесите результаты в таблицу 7.2.1.
Таблица 7.2.1
| W1 | W2 | U1, В | U2, В | КТР |
· Вычислите значения коэффициента трансформации по формуле
КТР = U1 / U2
·
 |
Проделайте опыт короткого замыкания, измерив первичные и вторичные токи при числах витков вторичной обмотки 100, 300 и 900, как показано на рис. 7.2.4 и занесите результаты измерений в таблицу 7.2.2. Ток I1 следует поддерживать неизменным, равным 50 мА.
Рис. 7.2.4.
КТР = I2 / I1
Таблица 7.2.2
| W1 | W2 | I1, мА | I2, мА | КТР |
|
|
|
