Лабораторная работа 14 исследование работы однофазового трансформатора студент гр. Нгд211 Малышев В. О

Название	Лабораторная работа 14 исследование работы однофазового трансформатора студент гр. Нгд211 Малышев В. О
Дата	02.10.2022
Размер	0.63 Mb.
Формат файла
Имя файла	otchyot_issledovanie_raboty_odnofazovogo_transformatora.docx
Тип	Лабораторная работа #709020

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей физики
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Лабораторная работа № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ОДНОФАЗОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Выполнил: студент гр. НГД-21-1 Малышев В. О.

Проверил: __________ __________ _____________

(оценка) (подпись)

1. Цель работы:

изучить явление электромагнитной индукции и взаимной индукции при помощи трансформатора.

2. Краткое теоретическое обоснование
Явление, изучаемое в работе: электромагнитная индукция.
Определения 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 первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора соответственно.

Коэффициент трансформации – показывает во сколько раз вторичное напряжение больше первичного напряжения в режиме холостого хода.

Трансформатор (от лат. transformare — «превращать, преобразовывать») - электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины без изменения частоты тока.

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы:

Закон Ома для участка с ЭДС:

,

где

- электрическое напряжение, В;

- сила тока, А;

- электрическое сопротивление, Ом;

- ЭДС самоиндукции, В.

Закон электромагнитной индукции:

,

где

- ЭДС самоиндукции, В;

- изменение магнитного потока, Вб;

- время изменения скорости магнитного потока, с.

3.Описание установки:

Рисунок 2. Общий вид лабораторной установки

Рисунок 3. Электрическая схема подключения измерительных приборов
В лабораторной работе используются три измерительных прибора (два амперметра и вольтметр; в качестве амперметров и вольтметра могут использоваться многодиапазонные мультиметры). Амперметры измеряют ток в первичной и вторичной обмотках трансформатора; вольтметр служит для поочередного измерения напряжения в первичной и вторичной цепях трансформатора с помощью двухполюсного перекидного переключателя. При проведении измерений нагруженного трансформатора используется реостат (10 Ом). При этом следует следить за тем, чтобы при уменьшении сопротивления нагрузки не был превышен максимально допустимый ток 6 А. В первой части лабораторной работы измеряются характеристики трансформатора в случае холостого хода, т.е. при отсоединенной нагрузке во вторичной цепи. Для этого из одной клеммы реостата следует вытащить соединительный провод.

4.Основные расчётные формулы:
Вычисление коэффициента трансформации:

где k – коэффициент трансформации;

– напряжение на первичной и вторичной обмотках, В; I₁, I₂– сила тока на первичной и вторичной обмотках, А; N₁, N₂– количество витков на первичной и вторичной обмотках.

Вычисление передаваемой мощности:

,

где

- электрическое напряжение, В;

- сила тока, А; P – передаваемая мощность, Вт;

R – электрическое сопротивление, Ом.
Вычисление коэффициента полезного действия трансформатора:

,

где η - коэффициент полезного действия трансформатора;

- передаваемая мощность на первичной и вторичной обмотках, Вт.

Исходные данные:

N₁= 160;

N₂= 100.
5. Погрешности прямых измерений:

∆ I₁ = ;

∆ I₂ =0,001 А;

∆ U₁= 0,1 В;

∆ U₂ = .

6. Погрешность косвенных измерений

7. Таблицы для записи результатов измерений
Экспериментальные данные и результаты расчетов электрического напряжения.

Таблица 1

U блока питания, В	В	В
2	1,3	1	1,3
4	3,0	2,2	1,36
6	4,7	3,4	1,38
8	6,4	4,6	1,39
10	8,1	5,8	1,39
12	9,8	7,1	1,38
15	11,8	8,6	1,37

Экспериментальные данные электрического напряжения и силы тока и результаты расчетов мощности электрического тока, а также КПД (R = 100 Ом)

Таблица 2

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I₂_,A	P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,3	0,008	1,0	0,010	0,0104	0,010	96%
4	2,9	0,015	1,8	0,021	0,0435	0,378	86%
6	4,7	0,024	3,0	0,034	0,1128	0,102	90%
8	6,4	0,030	4,0	0,045	0,1920	0,18	94%
10	8,1	0,038	5,0	0,057	0,3078	0,285	93%
12	9,8	0,045	6,0	0,068	0,4410	0,408	92%
15	11,9	0,054	7,4	0,082	0,6426	0,607	94%

Экспериментальные данные электрического напряжения, силы тока и результаты расчетов коэффициента трансформации (R = 90 Ом)

Таблица 3

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I_2,A		P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,3	0,009	0,9	0,012	1,44	0,0117	0,0108	92%
4	3,0	0,018	1,9	0,025	1,57	0,054	0,0475	88%
6	4,7	0,026	2,8	0,038	1,67	0,1202	0,1064	87%
8	6,4	0,034	3,8	0,051	1,68	0,2176	0,1938	92%
10	8,1	0,043	4,9	0,065	1,65	0,35483	0,3185	93%
12	9,8	0,050	5,9	0,078	1,66	0,49	0,4602	93%
15	11,9	0,060	7,2	0,092	1,65	0,714	0,6624	93%

Экспериментальные данные электрического напряжения, силы тока и результаты расчетов коэффициента трансформации (R = 80 Ом)

Таблица 4

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I_2,A		P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,3	0,010	0,8	0,013	1,625	0,013	0,0104	80%
4	3,0	0,019	1,8	0,029	1,667	0,057	0,0522	91%
6	4,7	0,027	2,8	0,042	1,678	0,1269	0,1176	92%
8	6,5	0,036	3,6	0,055	1,80	0,234	0,198	84%
10	8,1	0,046	4,7	0,071	1,72	0,3726	0,3337	89%
12	9,7	0,055	5,6	0,086	1,73	0,5335	0,4816	90%
15	11,9	0,070	7,2	0,107	1,65	0,833	0,7704	92%

Экспериментальные данные электрического напряжения, силы тока и результаты расчетов коэффициента трансформации (R = 60 Ом)

Таблица 5

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I_2,A		P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,2	0,011	0,8	0,015	1,5	0,0132	0,012	90%
4	3,0	0,022	1,8	0,033	1,667	0,066	0,0594	90%
6	4,6	0,032	2,7	0,050	1,703	0,1472	0,135	91%
8	6,5	0,043	3,6	0,068	1,805	0,2795	0,2448	87%
10	8,2	0,054	4,6	0,085	1,782	0,4428	0,391	88%
12	9,9	0,062	5,6	0,104	1,767	0,6138	0,5824	95%
15	11,9	0,073	7,0	0,125	1,700	0,8687	0,875	98%

Экспериментальные данные электрического напряжения, силы тока и результаты расчетов коэффициента трансформации (R = 50 Ом)

Таблица 6

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I_2,A		P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,3	0,013	0,8	0,019	1,625	0,0169	0,0152	90%
4	3,0	0,026	1,7	0,040	1,764	0,078	0,068	87%
6	4,7	0,039	2,6	0,060	1,807	0,1833	0,156	85%
8	6,4	0,050	3,4	0,080	1,882	0,32	0,272	85%
10	8,1	0,060	4,4	0,102	1,840	0,486	0,4488	92%
12	9,9	0,072	5,4	0,123	1,833	0,7128	0,6642	93%
15	11,9	0,090	6,6	0,149	1,803	1,071	0,9834	91%

Экспериментальные данные электрического напряжения, силы тока и результаты расчетов коэффициента трансформации (R = 40 Ом)

Таблица 7

U блока питания, В	В	I_1,A	В	I_2,A		P₁,Вт	P₂,Вт	η, %
2	1,3	0,015	0,8	0,023	1,625	0,0195	0,0184	94 %
4	3,0	0,03	1,6	0,047	1,875	0,09	0,0752	83%
6	4,7	0,045	2,4	0,070	1,958	0,2115	0,168	79%
8	6,4	0,058	3,2	0,095	2	0,3712	0,304	82%
10	8,2	0,07	4,2	0,122	1,952	0,574	0,5124	89%
12	9,8	0,09	5,2	0,146	1,884	0,882	0,7592	86%
15	11,9	0,1	6,2	0,175	1,919	1,19	1,085	91%

8. Примеры вычислений

Примеры вычислений приведены из таблицы 2

(при напряжении первичной обмотки в 2 В):

9. Графическая часть

График зависимости выходной мощности трансформатора

от напряжения вторичной обмотки

для всех сопротивлений реостата:

Вывод
В работе были исследованы магнитная индукция и магнитный поток при помощи трансформатора, экспериментально оценил значение силы тока и напряжение первичной и вторичной обмотки трансформатора при разном напряжении на блоке питания.

Были получены значения коэффициента трансформации, выделяемой мощности и КПД. По получившимся результатам можно сделать вывод, что при увеличении напряжения на блоке питания, мощность и КПД так же увеличиваются. Полученную погрешность измерений можно объяснить неточностью измерительных приборов, а также человеческим фактором.

Санкт-Петербург

2022