ЭКСПЕРИМЕНТ Работа трансформатора
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете объяснить работу трансформатора в схеме переменного тока и рассчитать значения коэффициента трансформации.
Необходимые принадлежности
* Двухканальный осциллограф
* Цифровой мультиметр
* Силовой трансформатор
* Генератор, функций / сигнал-генератор
* Элементы:
резистор 100 Ом, резистор 1 кОм.
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Трансформатор — это электронный компонент с одной или несколькими проволочными обмотками обычно на стальном сердечнике или на каркасе. Трансформатор имеет назначение передавать электрическую энергию из одной схемы в другую посредством магнитного поля. Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения, а также для согласования полного сопротивления.
Схема трансформатора
На рисунке 19-1 представлена типичная принципиальная схема трансформатора. Когда переменное напряжение полается на левую на схеме (первичную) обмотку, в ней протекает ток. Ток создает переменное магнитное поле, которое пересекает витки правой на схеме (вторичной) обмотки. Хотя физический контакт между двумя этими обмотками отсутствует, магнитное поле индуцирует (наводит) напряжение во вторичной обмотке. Это напряжение может использоваться затем для питания другой схемы или цепи.
Рис. 19-1.
Величина напряжения, индуцируемого во вторичной обмотке, зависит от количества витков в каждой обмотке. Отношение количества витков во вторичной обмотке (Ns) к количеству витков в первичной обмотке (Np) называется коэффициентом трансформации и выражается математически следующим образом:
Коэффициент трансформации = N = Ns/Np
Определение напряжения
Вы можете определить величину напряжения, создаваемого во вторичной обмотке (Vs), простым
умножением напряжения, подводимого к первичной обмотке (Vp), на коэффициент трансформации. Эта формула такова:
Vs=Vp(Ns/Np)
Если коэффициент трансформации больше 1, напряжение на вторичной обмотке будет больше, чем напряжение на первичной обмотке: повышающий трансформатор. Если коэффициент трансформации меньше 1, напряжение на вторичной обмотке будет меньше, чем напряжение на первичной обмотке: понижающий трансформатор.
Коэффициент трансформации и напряжения на обмотках связаны следующим образом: N= Ns/Np =Vs/Vp Определение токов. в первичной и вторичной обмотках Поскольку подводимая мощность трансформатора почти одинаковое выходной мощностью, коэффициент трансформации может быть использован также для определения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора (Iр и Is). Здесь имеет место обратная зависимость, как показывает следующее выражение: Ip/Is=Ns/Np, Соединения трансформаторной обмотки могут бытъ такими, что выходное напряжение будет в фазе с входным напряжением или различаться по фазе на 180° с ним. Фаза может быть; изменена простым обращением соединений с одной обмоткой. Если соединения трансформатора выполнены таким образом, чтобы формировать сдвиг по фазе на 180°, говорят, что напряжение на вторичной обмотке этого трансформатора инвертировано. Некоторые трансформаторы имеют отводы от обмотки, чтобы обеспечить несколько выходных напряжении. Обычным соединением является отвод от средней точки (СТ) вторичной обмотки, который обеспечивает формирование двух напряжений, равных половине полного напряжения на вторичной обмотке (см. рис. 19-1). Краткое содержание В данном эксперименте Вы познакомитесь с работой трансформатора. Вы научитесь также измерять напряжения трансформатора и рассчитывать коэффициент трансформации. ПРОЦЕДУРА 1. Подключите первичную обмотку (черные выводы) трансформатора к выходу сигнал-генератора. Подайте синусоидальное напряжение 100 Гц. Установите величину напряжения на первичной обмотке 10Vpp. Контролируйте сигнал на экране осциллографа. 2. Обратите внимание на три других вывода трансформатора. Два из них имеют один и тот же цвет, обычно желтый или красный. Это выводы от вторичной обмотки. Третий провод имеет другой цвет, обычно синий, и представляет собой отвод от средней точки обмотки. ПРИМЕЧАНИЕ: Концы проводов, по-видимому, неизолированы, так что будьте осторожны, чтобы концы не касались друг друга, в противном случае может иметь место короткое замыкание. Если выводы вторичной обмотки изолированы, снимите приблизительно 1/2 дюйма изоляции с каждого конца. 3.
Включите сигнал-генератор. Используя Ваш мультиметр, измерьте переменное напряжение, создаваемое на двух желтых или красных выводах вторичной обмотки. Не прикасайтесь к выводам при выполнении этого подключения. Запишите полученное напряжение; Напряжение на вторичной обмотке (Vs)= ________ В 4. При выполнении Ваших измерений измерьте напряжение между синим выводом и каждым из желтых выводов. Запишите эти значения: Напряжение между синим выводом и первым желтым выводом = __________ В Напряжение между синим выводом и,вторым желтым выводом ==_____ Б 5. Используя полученные Вами в шагах 1 и 3 данные, рассчитайте коэффициент трансформации данного трансформатора,а также токи в первичной и вторичной обмотках. Предполагайте, что нагрузка во вторичной обмотке составляет 100 Ом. Коэффициент трансформации =______ Ip=_____ Is=——————— Какой это трансформатор, повышающий или понижающий? 6. Подключите к выводам вторичной обмотки резистор 1000м. Снова измерьте напряжение на вторичной обмотке. Vs=______В 7. Подключите мультиметр последовательно с вторичной обмоткой. Измерьте ток. 1s = _______ мА 8. Рассчитайте ток в первичной обмотке. 1р = ___ мА 9. Измерьте ток в первичной обмотке. Ip= _______ мА 10.Покажите на экране двухканального осциллографа напряжение на первичной обмотке и напряжение на вторичной обмотке. Какова фазовая зависимость между напряжением на первичной обмотке и напряжением на вторичной обмотке? 11 Обратите (реверсируйте) соединения вторичной обмотки. Какова теперь фазовая зависимость между напряжением на первичной обмотке и напряжением на вторичной обмотке? 12.Отключите резистор 1000м. Реверсируйте первичную и вторичную обмотки. Используйте желтые или красные выводы в качестве выводов первичной обмотки и подключите их к сигнал-генератору. Подключите резистор 1 кОм к вторичной обмотке (теперь это черные выводы). 13.Установите сигнал-генератор на формирование напряжения с размахом 1'2 В на первичной обмотке. Измерьте напряжение на вторичной обмотке: Vs=_______В Какой это трансформатор, повышающий или понижающий? 14.Рассчитайте коэффициент трансформации, а также токи в первичной и вторичной обмотках. N =______ Ip=______ Is=_______ 15.Подключите мультиметр последовательно с нагрузкой 1 кОм.
Измерьте ток во вторичной обмотке. Is=_______ мА 16.Измерьте ток в первичной обмотке. 1р = _______ мА ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Трансформатор имеет 1600 витков во вторичной и 500 витков в первичной обмотке. Какого типа этот трансформатор? а) повышающий, б) понижающий. 2. Если к первичной обмотке трансформатора, описанного в шаге 6 процедуры, прикладывается напряжение 120 В, каким будет напряжение на вторичной обмотке? а) 37,5 В, б) 120 В, в)384 В, г) 462 В. 3. В данном эксперименте, если к вторичной обмотке трансформатора в шаге 6 прикладывается напряжение 120 В, какое напряжение Вы измерите в таком случае на первичной обмотке? а) 14 В. б) 120 В, в) 134 В, г) 1028 В. 4. Переменное напряжение 240В прикладывается к первичной обмотке трансформатора. Напряжение на вторичной обмотке составляет 48 В. Тогда коэффициент трансформации равен: а) 0,12; 6)0,2; в) 1,8; г) 5. 5. Если трансформатор из вопроса 4 имеет отвод от средней точки, каково напряжение на одной половине вторичной обмотки? а) 24 В, б) 48 В, в) 240 В, г) 600 В.
