![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Трансформаторы и преобразователи
- •Принцип действия трансформатора
- •Устройство и техническая характеристика школьных трансформаторов
- •Трансформатор универсальный
- •Трансформаторы на панелях
- •Регулятор напряжения школьный рнш
- •Катушка дроссельная
- •Преобразователь высоковольтный школьный "Разряд-1"
- •Изучение устройства и правил эксплуатации различных типов трансформаторов школьного кабинета физики
- •Вопросы:
- •Подберите с помощью реостата такое сопротивление, при котором нить лампочки при работе магнитоэлектрической машины не накаливается.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Трансформаторы и преобразователи
Литература
1.Калашников С.Г. Электричество. М.,1977.
2.Китунович Ф.Г. Электротехника. Мн.,1999.
Трансформатор (от латинского слова «трансформо» – преобразую) представляет собой устройство, предназначенное для преобразования напряжения и силы переменного тока. Этот прибор изобрел русский электротехник П.Н. Яблочков в 1876. Основное применение трансформатора – передача электрической энергии переменного тока на большие расстояния с малыми потерями. В радиотехнике трансформаторы используются для получения различных по величине напряжений, а также для передачи сигналов от одной электрической цепи к другой.
В процессе обучения физике трансформаторы широко используются при проведение физического эксперимента. Кроме того, в школьном курсе физики изучается принцип трансформации низкочастотного переменного тока.
Целью данной работы является изучение устройства, технических параметров, правил эксплуатации различных типов трансформаторов.
В процессе подготовки и выполнения работы необходимо овладеть следующими знаниями, умениями и навыками:
1. Знать назначение, принцип действия, устройство однофазного трансформатора и режим его работы.
2. Знать назначение, устройство, технические характеристики и правила эксплуатации различных типов трансформаторов школьного кабинета физики.
3. Уметь демонстрировать различные режимы работы однофазного трансформатора.
4. Овладеть умениями и навыками работы с различными типами трансформаторов, уметь выполнять с ними различные демонстрационные опыты.
Принцип действия трансформатора
Простейший
однофазный трансформатор состоит из
стального замкнутого сердечника и двух
обмоток N1
и N2(рис.3-1).
Обмотки трансформатора электрически
изолированы друг от друга. Для усиления
магнитной связи в большинстве
трансформаторов обмотки размещаются
на сердечнике (магнитоотводе), собранном
из листовой электротехниче-
Рис. 3-1. ской стали, (сердечник отсутствует только в воздушных трансформаторах).
Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии, называется первичной, а обмотка, отдающая электроэнергию, – вторичной.
Работа трансформатора основана на
явлении электромагнитной индукции. При
подключении первичной обмотки
трансформатора к сети переменного тока
напряженем U1 по ней проходит
переменный ток І1, который создает
в магнитопроводе переменный магнитный
поток Ф. Этот магнитный поток пронизывает
витки первичной и вторичной обмоток и
индуцирует в них переменные ЭДС
и
.
Если первичная обмотка содержит N1
витков, а вторичная N2, то в любой
момент времени
(1), а
(2).
Из уравнений (1) и (2) следует:
(3)
Соотношения
(3) справедливо для любых мгновенных
значений ЭДС и, таким образом, справедливо
и для действующих значений:
(4)
Если
не учитывать падение напряжения в
обмотках трансформатора (оно мало), то
можно считать, что E1=U1 и
E2=U2. Тогда соотношение (4)
можно записать в виде:
, где k–постоянная величина для данного
трансформатора, которую называют
коэффициентом трансформации.
Если U1>U2 (k>1), то трансформатор является понижающим; если U1<U2 (k<1), то трансформатор повышающий. В паспорте технических трансформаторов коэффициент трансформации обычно указывается как отношение высшего напряжения к низшему.
Описанный режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка находится под номинальным напряжением, а вторичная – разомкнута (сила тока и мощность в ней равны нулю), называется холостым ходом трансформатора. Такой режим работы дает возможность практически определить коэффициент трансформации.
При работе трансформатора под нагрузкой (рабочий режим), т.е. при включении потребителя электроэнергии в цепь вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотки остается почти неизменным, а сила тока в ней изменяется пропорционально изменению силы тока во вторичной обмотке. Это происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии потребителю, который включен в цепь вторичной обмотки трансформатора, сопровождается потреблением от сети такого же количества энергии первичной обмоткой.
Мощность
тока в первичной цепи трансформатора
равна мощности в цепи вторичной обмотке
(если не учитывать потери энергии в
самом трансформаторе): P1=P2
или I1U1=I2U2. Поэтому
соотношение силы токов и напряжений в
обмотках трансформатора можно выразить
формулой :.
Отсюда следует, что вместе с трансформацией
напряжения происходит также изменение
силы тока: повышающий трансформатор
уменьшает силу тока, а понижающий –
увеличивает ее.
На самом деле, мощности тока в первичной и вторичной обмотках одинаковы лишь в идеальном случае. Практически же часть электрической энергии бесполезно тратится в обмотках и магнитопроводе. При прохождении электрического тока обмотки трансформатора нагреваются и эти потери называют потерями в меди. В процессе работы трансформатора его сердечник перемагничивается (явление гистерезиса), на что расходуется энергия. Кроме того, в сердечнике индуцируются вихревые токи, которые нагревают его. Расход энергии на перемагничивание сердечника (потери на гистерезис) и на нагревание сердечника вихревыми токами (потери на вихревые токи) называют потерями в стали. Механических потерь мощности в трансформаторе нет. Суммарные потери энергии в современных мощных трансформаторах не превышают 2–3% и таким образом их КПД составляет 97–98%. Для уменьшения потерь энергии в трансформаторах, их сердечники делают из мягких сортов железа в виде отдельных пластин, которые разделяют изолирующими слоями.