Лабораторна робота № 9

                                  (STEM – освіта)

           Тема: Дослідження роботи трансформатора.

Мета: Виміряти коефіцієнт трансформації та коефіцієнт корисної дії трансформатора, дослідити залежність ККД трансформатора від опору навантаження.

Обладнання: Комп’ютер архітектури ІВМ, Програма Work Bench Multisim 12.

Загальні теоретичні положення

Трансформатор перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. Він складається із замкнутого осердя, виготовленого із спеціальної листової трансформаторної сталі, на якому розміщено дві котушки (їх називають обмотками) з різною кількістю витків з мідного дроту. Одну з обмоток, яку називають первинною, під'єднують до джерела змінної напруги. Прилади, які споживають електроенергію, під'єднують до вторинної обмотки.

Якщо первинну обмотку під'єднати до джерела змінної напруги, а вторинна буде розімкнута (цей режим роботи називають холостим ходом трансформатора), то в первинній обмотці з'явиться слабкий струм, який створює в осерді змінний магнітний потік. Цей потік наводить у кожному витку обмоток однакову ЕРС, тому ЕРС індукції в кожній обмотці буде прямо пропорційна кількості витків у цій обмотці, тобто:

₁  n1   .

 ₂ n2

Якщо вторинна обмотка буде розімкнута, то напруга на її затискачах U₂ дорівнюватиме ЕРС (₂ ), яка в ній наводиться. У первинній обмотці ЕРС (₁) за числовим значенням мало відрізняється від напруги U₁, яка підводиться до цієї обмотки. Практично їх можна вважати однаковими, тому:

U1  n1 U2 n2

 k,

Де k - коефіцієнт трансформації; якщо вторинних обмоток декілька, то коефіцієнт трансформації для кожної з них визначають аналогічно.

Якщо у вторинне коло трансформатора увімкнути навантаження, то у вторинній обмотці з'явиться струм. Цей струм створює магнітний потік, який, за правилом Ленца, повинен зменшити зміну магнітного потоку в осерді, що, своєю чергою, призведе до зменшення ЕРС індукції в первинній обмотці. Але ця ЕРС дорівнює напрузі, прикладеній до первинної обмотки, тому струм у первинній обмотці повинен зрости, відновлюючи початкову зміну магнітного потоку. При цьому збільшується потужність, яку споживає трансформатор від мережі.

Оскільки при роботі трансформатора відбуваються втрати енергії, то потужність, яка споживається первинною обмоткою, більша від потужності у вторинній обмотці. ККД трансформатора буде дорівнювати відношенню потужності Р₂ вторинної обмотки до потужності Р₁ первинної обмотки:

  P2  .

P1

Для визначення ККД треба виміряти силу струму І₁ в первинному та сила струму І₂ у вторинному колах, а також напругу U₂ на вторинній та U₁ на первинній обмотках. Тоді ККД становитиме :

  U 2  I2 .

U1  I1

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричну схему для дослідження трансформатора.

2. Встановити опір потенціометра R1 50% від номінального і в режимі холостого ходу трансформатора визначити напруги U₁ та U₂ .
3. Обчислити коефіцієнт трансформації k.
4. Встановити опір потенціометра R2 10% від номінального та замкнути ключ.
5. Виміряти напруги на обмотках трансформатора та сили струму в первинному та вторинному колах.
6. Обчислити опір вторинної обмотки R, потужності P₁ та P₂ і коефіцієнт корисної дії трансформатора .
7. Повторити вимірювання та обчислення змінюючи опір навантаження (потенціометра

R2) до 100% від номінального через кожні 10%.

8. Результати вимірювань та обчислень занести в Таблицю:

9. За даними обчислень побудувати графік   f R .

                  Звіт має містити:

1. Номер Лабораторної роботи, дату та номер комп’ютера.
2. Тему та мету лабораторної роботи;
3. Принципові електричні схеми, які використовуються в роботі;
4. Результати досліджень у виді таблиць і графіків.

5.      Висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.

     Контрольні запитання

1. З чого складається трансформатор?
2. Від чого залежить ЕРС обмоток трансформатора?
3. Що називається коефіцієнтом трансформації?
4. Як визначити ККД трансформатора?