Визначення кількості витків в обмотках трансформатора

Перелік лабораторних робіт з фізики

№ п/п	Назва лабораторних робіт	Кількість годин
1.	Дослідне підтвердження закону Бойля-Маріотта	2
2.	Визначення абсолютної і відносної вологості повітря	2
3.	Визначення модуля пружності гуми	2
4.	Порівняння молярних теплоємностей металів	2
5.	Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму	2
6.	Визначення питомого опору провідника	2
7.	Дослідження залежності потужності та ККД джерела струму від його навантаження	2
8.	Спостереження дії магнітного поля на струм	2
9.	Визначення температурного коефіцієнту опору міді	2
10.	Визначення заряду електрона	2
11.	Визначення кількості витків в обмотках трансформатора	2
12.	Визначення показника заломлення скла	2
13.	Спостереження явища інтерференції світла	2
14.	Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки	2
15.	Визначення оптичної сили та фокусної відстані вбираючої лінзи	2
16.	Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями	2

Лабораторна робота №11 (2 години) Тема Визначення кількості витків в обмотках трансформатора

1 Мета роботи: набути уміння обчислювати коефіцієнт трансформації та кількість витків в обмотках трансформатора.

2 Прилади і обладнання:

 

2.1    Розбірний трансформатор (дві котушки і залізне осердя)

2.2    Джерело змінного струму (КЕФ-8)

2.3       Один або два вольтметри на змінний струм

2.4       Дріт для виготовлення додаткової обмотки

2.5       Пуста котушка

2.6       З’єднувальні провідники 4-6 шт.

3     Загальні теоретичні положення

 

Відомо, що електричну енергію зручно і просто передавати від генератора до споживача. Проте воно пов’язано із значними втратами в проводах, внаслідок їх нагрівання. Ефективним шляхом зменшення теплових втрат у проводах лінії передач є одночасне зменшення сили струму зі збільшенням напруги при незмінній потужності струму. Тому передавання електроенергії на далекі віддалі стало можливим лише після того, як П. М. Яблочков винайшов трансформатор. Трансформатор – це пристрій, призначений для перетворення змінного струму однієї напруги U₁ у змінний струм іншої напруги U₂, але тієї самої частоти.

Малюнок 1 – Схема трансформатора, що підвищує напругу (підвищувальний трансформатор)

Трансформатор складається з двох котушок (обмоток), надітих на замкнене залізне осердя. Первинна обмотка вмикається до джерела змінної напруги, а до вторинної обмотки під’єднують користувача електроенергії. За допомогою залізного осердя змінне магнітне поле з першої котушки потрапляє у другу котушку, де  збуджується електрорушійна сила (ЕРС) Е за законом електромагнітної індукції:

(1)

Оскільки магнітний потік в середині осердя однаковий у всіх перерізах, то в кожному витку первинної і вторинної обмотках виникає однакова ЕРС індукції - . Отже, якщо первинна обмотка має n₁ витків, а вторинна - n₂, то ЕРС індукції Е₁ і Е₂ в обмотках прямо пропорційні кількості витків у них:

, (2)

де n₁ – кількість витків первинної обмотки, шт.;

n₂ – кількість витків вторинної обмотки, шт.;

Е₁, Е₂ – ЕРС у першій, другій обмотках, В.

Коефіцієнт k називають коефіцієнтом трансформації і його

визначають під час холостого ходу трансформатора, коли розімкнуто коло вторинної обмотки.

Тому

, (3)

де U₁ – напруга на затискачах первинної обмотки, В;

 U₂ – напруга на затискачах вторинної обмотки, В.

Якщо U₁ < U₂, то трансформатор називається підвищувальним, а при U₁ > U₂ – знижувальним. Один і той самий трансформатор можна використовувати, як підвищувальний, так і знижувальний, якщо поміняти місцями його обмотки.

Оскільки ККД трансформатора дуже близький до 1, то для спрощення розрахунків можна знехтувати втратами потужності в трансформаторі (нагрівання обмоток, розсіяння магнітного поля,... ) і вважати, що Р₁ ≈ Р₂:

, (4)

де I₁ , I₂ – сила струму у первинній, вторинній обмотці відповідно, А.

Звідки знайдемо:

, (5)

З формули 4 видно, що при підвищенні напруги, сила струму зменшується і, навпаки, при зниженні напруги, сила струму збільшується. Тому. при зниженні напруги, у другій котушці тече більший струм і потрібно використовувати провідник більшого діаметра, ніж у першій котушці.

4      Порядок виконання роботи

4.1       Намотати на пусту котушку додаткову обмотку, підрахувавши при цьому кількість її витків n₀.