лабораторная. Отчет по лабораторной работе 14 физика. Иccледование работы однофазного трансформатора

• Название: Отчет по лабораторной работе 14 физика. Иccледование работы однофазного трансформатора
• Анкор: лабораторная
• Дата: 25.05.2022
• Размер: 267.5 Kb.
• Имя файла: laba_142.doc
• Тип: Отчет; #548180

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. ИCCЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Выполнила: студентка гр. ГНГ-20-1___ ______ /Рогачева Д.С./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: _________ / /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2021

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

Краткие теоретические сведения:

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.

,

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

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

,

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.

Схема установки


Где: А-амперметр ,V-вольтметр, Up- напряжение питания, Us-напряжение сопротивления.


Основные расчётные формулы:

1. 
   Вычисление коэффициента трансформации:
   

,

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

2. 
   Вычисление передаваемой мощности, Вт:
   

,

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

3. 
   Вычисление коэффициента полезного действия трансформатора:
   

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

Формулы для расчета погрешностей косвенных измерений:

Абсолютная погрешность измерений коэффициента трансформации:



где: K – коэффициент трансформации, U₁ - погрешность измерений напряжения на первичной обмотке, В, U₁ - напряжение на первичной обмотке, В.

Абсолютная погрешность измерений передаваемой мощности:

,

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.

Абсолютная погрешность измерений КПД трансформатора:

,

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.

Погрешности прямых измерений:

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	2,0	1,5	1,30
4	4,0	2,2	1,81
6	6,0	3,5	1,71
8	8,0	4,8	1,66
10	9,0	6,0	1,66
12	12,0	7,2	1,66
14	14,0	8,2	1,70

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
2	1,8	14	1,0	12	25,2	12,0	47,61
4	4,0	27	2,2	25	108,0	55,0	50,92
6	6,0	40	2,4	36	240,0	86,4	36,00
8	7,6	50	4,2	46	380,0	193,2	50,84
10	9,8	64	4,6	60	627,2	276,0	44,00
12	12,0	76	6,8	73	912,0	496,4	54,42
14	14,0	86	7,6	84	1204,0	638,4	53,02

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
2	1,8	14	8,00	12,0	25,2	96,0	380,95
4	4,0	29	2,2	29,0	53,2	63,8	119,92
6	5,8	42	3,2	40,0	145,0	128,0	88,27
8	7,8	55	4,4	58,0	257,4	242,0	94,01
10	9,8	68	5,6	73,0	666,4	408,8	61,34
12	12,0	81	6,6	89,0	972,0	587,4	60,43
14	14,0	93	7,8	103,0	103,2	803,4	778,48

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
2	1,8	15	1,0	14,0	27	14	51,85
4	4,0	31	2,2	32,0	124	70,4	56,77
6	6,0	45	3,4	49,0	270	166,6	61,70
8	7,6	58	4,4	65,0	440,8	286,0	64,88
10	9,8	74	5,6	83,0	725,2	464,8	64,09
12	12,0	87	6,8	100,0	1044,0	680,0	65,13
14	14,0	100	7,6	115,0	1400,0	874,0	62,42

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
2	1,6	15	0,4	15	24,0	6,0	25,00
4	3,8	34	2,2	37	129,2	81,4	63,00
6	5,8	50	3,2	48	290,0	153,6	52,96
8	7,6	64	4,2	75	486,4	315,0	65,00
10	9,8	82	5,4	77	803,6	415,8	51,74
12	12,0	97	6,6	116	1164,0	765,6	65,77
14	14,0	111	7,4	137	1554,0	1013,8	65,23

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
2	1,8	19	0,5	21	34,2	10,5	30,70
4	3,8	35	2,2	46	133,0	101,2	76,09
6	5,8	58	3,2	71	336,4	227,2	67,53
8	6,4	75	4,2	93	480,0	418,5	87,18
10	9,8	94	5,4	119	921,2	642,6	69,75
12	12,0	112	6,4	142	1344,0	908,8	67,61
14	14,0	126	7,4	163	1764,0	1206,2	68,37

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
2	2,0	22	0,5	26	44,0	13,0	29,54
4	3,8	44	2,0	35	167,2	70,0	41,86
6	5,8	67	3,2	85	388,6	272,0	69,99
8	7,6	88	4,0	112	668,8	448,0	66,98
10	9,4	108	5,2	140	1015,2	728,0	71,71
12	12,0	133	6,2	176	1596,0	1091,2	68,37
14	14,0	152	7,0	202	2128,0	1414,0	66,44

Примеры вычислений:

Исходные данные:

Вычисления величин и погрешностей косвенных измерений:

Пример вычисления для таблицы. 1 опыта №1

Коэффициент трансформации



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



Абсолютная погрешность для коэффициента трансформации

( для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В)

( для остальных измерений)

Абсолютная погрешность измерений передаваемой мощности:

(для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В)

( для остальных измерений)

Абсолютная погрешность измерений КПД трансформатора:

(для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В)

( для остальных измерений)

Графический материал:

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.

(для измерений с напряжением на блоке питания не больше 10В)

( 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.