Коэффициент трансформации. Министерство образования

• Название: Министерство образования
• Анкор: Коэффициент трансформации
• Дата: 13.03.2023
• Размер: 131.8 Kb.
• Имя файла: laba_14.docx
• Тип: Отчет; #986642

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕРЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №14

ФИЗИКА. ИCCЛЕДОВАНИЕРАБОТЫОДНОФАЗНОГОТРАНСФОРМАТОРА

Выполнила: студенткагр.ГНГ-20-1		/РогачеваД.С./
	(подпись)	(Ф.И.О.)
Проверил:		/ /
(должность)	(подпись)	(Ф.И.О.)

Санкт-Петербург 2021

Цельработы: изучение явления электромагнитной индукции и взаимной индукции при помощи трансформатора. Ознакомление с принципом действия однофазного трансформатора. Экспериментальное определение и исследование характеристик однофазного трансформатора.

Краткиетеоретическиесведения:

Явление, изучаемое в работе. Электромагнитная индукция.

Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.

ЭДС самоиндукции – препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи, а также прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке.

Сила тока – это скалярная физическая величина, равная отношению заряда, переносимого сквозь рассматриваемую поверхность за малый промежуток времени, к величине этого промежутка.

Электрическое напряжение – это физическая величина, равная работе, совершаемой результирующим полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль цепи из одной точки в другую единичного положительного заряда.

Электрическое сопротивление – это физическая величина, прямо пропорциональная произведению удельного сопротивления на длину проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения.

Мощность электрического тока – эта физическая величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое эта работа совершена.

Коэффициент полезного действия трансформатора – равен отношению мощностей вторичной и первичной обмоток нагруженного трансформатора соответственно.

Коэффициент трансформации – показывает во сколько раз вторичное напряжение больше первичного напряжения в режиме холостого хода.
Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчетные формулы. Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.
Закон Ома для участка с ЭДС - устанавливает связь силы тока на участке цепи с напряжением на концах этого участка и его сопротивлением.

U RI E_,
где: U- электрическое напряжение, В; I - сила тока, А; R - электрическое сопротивление, Ом; E - ЭДС самоиндукции, В.

ЗаконэлектромагнитнойиндукцииФарадея:ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.


m
dФ E 

dt_,
где: E - ЭДС самоиндукции, В; dФ_m- скорость изменения магнитного потока, Вб; dt- время изменения скорости магнитного потока, с.

Знак минус является математическим выражением правила Ленца – общего правила для нахождения направления индукционного тока.

Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление , что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

Схемаустановки

Основныерасчѐтныеформулы:

1. 
   Вычислениекоэффициентатрансформации:
   

K ^U1

U_{2 ,}

где: U₁- напряжение на первичной обмотке , В, U₂ – напряжение на вторичной обмотке, В.

2. 
   Вычислениепередаваемоймощности,Вт:
   

P UI_,

где: U - электрическое напряжение, В; I - сила тока, А.

3. 
   Вычислениекоэффициентаполезногодействиятрансформатора:
   

  ^Р2 100%,

Р₁

где: P₁ - передаваемая мощность на первичной обмотке, Вт, P₂ – передаваемая мощность на вторичной обмотке.

Формулыдлярасчетапогрешностейкосвенныхизмерений:

Абсолютнаяпогрешностьизмеренийкоэффициентатрансформации:
 U₁ 




K K^{ },

 ^U1 
где: K – коэффициент трансформации, △U₁ - погрешность измерений напряжения на первичной обмотке, В, U₁ - напряжение на первичной обмотке, В.

Абсолютнаяпогрешностьизмеренийпередаваемоймощности:
 U₁ I₁ 

P₁  P₁ ^

 ^U1

 ^ ,

^I1 

где: P₁ – передаваемая мощность на первичной обмотке, Вт, △U₁ - погрешность измерений напряжения на первичной обмотке, В, U₁ – напряжение на первичной обмотке, В, △I₁ - погрешность измерения силы тока на первичной обмотке, А, I₁ – сила тока на первичной обмотке, А.

АбсолютнаяпогрешностьизмеренийКПД трансформатора:
 I₁ U₁ 

  ^

 ^I1

 ^ ,

^U1 

где: η – КПД трансформатора, △I₁ – погрешность измерения силы тока на первичной обмотке, А, I₁ – сила тока на первичной обмотке, А, △U₁ - ,В, U₁ – напряжение на первичной обмотке, В.

Погрешностипрямыхизмерений:

Погрешность измерений напряжения на первичной обмотке, △U₁= 0,4 В ( для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В), △U₂= 1,2 В ( для остальных измерений)
Погрешность измерения силы тока на первичной обмотке, △I₁= 1,5мА ( при значениях меньших 60мА), , △I₂=15мА( при значениях больших 60мА)

Таблицы:

Таблица №1. Результаты измерений и вычислений коэффициента трансформации.

Uб. п., В	U1, В	U2, В	K=U1/U2
2	1,8	1,20	1,50
4	3,8	2,46	1,54
6	5,8	3,74	1,55
8	7,8	5,00	1,56
10	9,8	6,28	1,56
12	10,8	7,55	1,43
14	12,8	9,06	1,41

Таблица №2. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 10 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1, мA	U2, B	I2, мA	P1, мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	8	1,0	9,6	14,4	9,60	66,70
4	3,8	15	1,9	18,8	57,0	35,15	61,70
6	5,7	22	3,0	30,0	125,4	90,00	71,77
8	7,8	30	4,2	41,5	234,0	174,30	74,48
10	9,9	38	5,3	52,5	376,2	278,25	73,96
12	10,8	44	6,3	62,2	475,2	391,86	82,46
14	12,9	54	7,7	76,2	696,6	587,50	84,34

Таблица №3. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 9 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1, мA	U2, B	I2, мA	P1, мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	7	1,00	11,2	12,6	11,2	91,05
4	3,8	17	2,07	22,9	53,2	47,4	89,09
6	5,8	25	3,12	34,5	145,0	107,6	74,23
8	7,8	33	7,18	46,1	257,4	192,7	74,86
10	9,9	40	5,20	57,4	396,0	298,5	75,30
12	10,8	48	6,28	69,3	518,4	435,2	83,95

14

12,9

57

7,50

83,4

735,3

625,5

85,06

Таблица №4. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 8 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1, мA	U2, B	I2, мA	P1, мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	9,5	0,96	12,2	17,1	11,7	68,42
4	3,8	19	1,97	24,8	72,2	48,8	65,59
6	5,8	27	2,94	36,8	156,6	108,2	69,09
8	7,8	36	3,80	47,5	280,8	180,5	64,28
10	9,0	44	5,10	63,5	396,0	323,8	81,77
12	10,8	52	6,10	76,1	561,6	464,2	82,66
14	12,9	64	7,43	92,8	825,6	689,5	83,51

Таблица №5. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 7 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1,мA	U2, B	I2, мA	P1, мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	10	0,91	13,0	18,0	11,8	65,72
4	3,8	19	1,89	26,8	72,2	49,8	68,97
6	5,8	28	2,90	41,0	162,4	118,9	73,21
8	7,8	39	3,93	55,6	304,2	218,5	71,82
10	9,9	47	4,90	69,2	465,3	332,2	71,39
12	10,8	57	6,05	85,4	615,6	516,7	83,93
14	12,9	70	7,30	103,0	903,0	751,9	83,26

Таблица №6. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 6 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1,мA	U2, B	I2,мA	P1, мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	12	0,93	15,3	21,6	14,2	65,74
4	3,8	225	1,90	31,2	85,5	59,3	69,36
6	5,7	33	2,88	47,1	188,1	135,6	72,09
8	7,8	41	3,66	58,0	319,8	212,3	66,38
10	9,9	51	4,70	76,8	504,9	360,9	71,48
12	10,8	69	5,87	95,8	745,2	562,3	75,46
14	12,9	75	6,73	109,3	967,5	735,6	76,03

Таблица №7. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при нагрузке 5 Ом.

Uб. п., В	U1, B	I1, мA	U2, B	I2, мA	P1,мВт	Р2, мВт	100%
2	1,8	13	0,88	17,7	23,4	15,6	66,67
4	3,8	25	1,80	35,9	95,0	64,6	68,00
6	5,8	34	2,43	48,2	197,2	117,1	59,38
8	7,8	47	3,50	69,2	366,6	242,2	66,06
10	9,8	58	4,54	89,4	568,4	405,9	71,41
12	10,8	74	5,62	110,9	766,8	621,6	81,06
14	12,9	89	6,97	137,5	1148,1	958,4	83,47

Примерывычислений:

Исходныеданные:

Вычислениявеличинипогрешностейкосвенныхизмерений:

Пример вычисления для таблицы. 1 опыта №1 Коэффициент трансформации

K ^U1

U₂

 ^1,8  1,5

1,2

Пример вычисления для таблицы. 2 опыта №1 Передаваемая мощность на первичной обмотке P₁=U₁*I₁= 1,8*8*10^-3=14,4*10^-3 Вт

Передаваемая мощность на вторичной обмотке P₂=U₂*I₂=1*9,6*10^-3 =9,6*10^-3 Вт

КПД трансформатора

  ^Р2 

Р₁
100%

_ 9,6*10^3

14,4*10^3

100%

 66,7%

Абсолютная погрешность для коэффициента трансформации

 U₁ 

 0,4 

K K^

U

^  1,5   0,33( для измерений с напряжением на блоке питания не

1,8

 1  ^{ }

больше 10В)
 U₁ 


 1,2 

K K^

U

^  1,43   0,16 ( для остальных измерений)

10,8

 1  ^{ }

Абсолютная погрешность измерений передаваемой мощности:

 U₁

I₁ 

_3 ^ 0,4


1,5 10^{3  3}

P₁  P₁ ^

 ^U1

 ^  14,4 10

^I1 

^ 

_ 1,8

8 10<sup>3

</sup>  5,9 10



Вт(для измерений с

напряжением на блоке питания не больше 10В)

 U₁

I₁ 

_3 ^ 1,2 1,5 10^{3  3}

P₁  P₁ ^

U

 ^  475,2 10

I

^  ^  6910

^10,8 4410^3

Вт( для остальных

 1 1   

измерений)
Абсолютная погрешность измерений КПД трансформатора:

 I₁

U₁ 

^1,5 10^3

0,4 ^

  ^

I

 ^  66,7^

U

8 10^3

• 
  ^  27,33(для измерений с напряжением на
  

1,8

 1 1   

блоке питания не больше 10В)

 U₁

I₁ 

^ 1,2

1,5 10^{3 }

  ₁ ^

U

• 
  ^  82,46^  ^  12,23( для остальных измерений)
  

^{I 10,8} 4410^3

 1 1   

Графическийматериал:

График 1

Зависимость напряжения на первичной обмотке от напряжения на вторичной.

График 2

Зависимости выходной мощности трансформатора от напряжения вторичной обмотки.

Результат

Коэффициент полезного действия трансформатора с учетом абсолютной погрешности косвенных измерений.

      74,17  27,33(для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В)

      74,17 12,23( для остальных измерений)

Вывод:

в данной лабораторной работе была исследована электромагнитная индукция и магнитный поток при помощи трансформатора; определен коэффициент трансформации, передаваемая мощность и коэффициент полезного действия трансформатора. В ходе работы был установлен КПД трансформатора, который составил: η=74,17±12,23 (%).По получившимся результатам можно сделать вывод, что при увеличении напряжения на блоке питания, мощность и КПД так же увеличиваются.