Порядок выполнения работы. Проверка закона Ома для участка цепи и всей цепи

Проверка закона Ома для участка цепи и всей цепи

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. Собрать электрическую схему согласно рис. 1.5. Установить движок реостата в среднее положение. Включить источник питания.

3. Измерить ток и напряжение на внешнем участке цепи. Измерить ЭДС

источника, разомкнув цепь питания и подключив вольтметр к зажимам источ­ника.

4. Определить сопротивления внутрен­него и внешнего участков цепи, используя уравнения r₀=(E=U)/I, R=U/I. Дан­ные занести в табл. 1.1 (опыт 1).

5. Передвинув движок реостата, пов­торить опыт, данные наблюдений и результаты вычислений записать в табл. 1.1 (опыт 2).

Таблица 1.1

Номер опыта	Данные наблюдений	Результаты вычислений
E, B	I, λ	U=IR, B	R, Ом	r0, Ом	I выч, А	U0=Ir0, B

Исследование цепи при последовательном соединении резисторов

1. Собрать электрическую схему рис. 1.6. С помощью амперметра изме­рить ток в цепи, с помощью вольтметра — падение напряжений на отдельных ее участках для двух положений движков реостатов.

2. Вычислить Rэкв=Uобщ/I, R₁=U₁/I, R₂=U₂/I, R₃=U₃/I, R’экв=R₁+R₂+R₃, U’общ=U₁+U₂+U₃. Данные наблюдений и ре­зультаты вычислений записать в табл. 1.2.

 

Исследование цепи при параллельном соединении резисторов

1. Собрать электрическую схему рис. 1.7. Измерить токи и напряжения для двух положений движков реостатов.

2. Используя данные наблюдений, вычислить Rэкв=U_общ/I_общ, R₁=U₁/I₁, R₂=U₂/I₂, R₃=U₃/I₃; g₁=1/R₁, g₂=1/R₂, gn=1/R₃, g_экв=1/Rэкв; q’экв=g₁+g₂+g₃. Данные наблюдений и результаты вы­числений записать в табл. 1.3.

Таблица 1.2

Номер опыта	Данные наблюдений	Результаты вычислений
Uобщ, В	U1. В	U2, В	U3, В	I, А	Rэкв, Ом	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R’экв, Ом	U’общ, В

 

Таблица 1.3

Номер опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Uобщ, В

I1, А

I2, А

I3, А

Iобщ, А

Rэкв, Ом

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

q1, См

q2, См

q3, См

qэкв, См

q'экв, См

 

Таблица 1.4

Номер опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Uобщ, В

U1, В

U2, В

U3, В

Iобщ=I1, А

I2, А

I3, А

Rэкв, Ом

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

R’экв, Ом

 

Исследование цепи при смешанном соединении резисторов, проверка законов Кирхгофа

1. Собрать электрическую схему рис 1.8. Измерить токи и напряжения для двух положений движков реостатов.

2. Произвести вычисления: Rэкв=U_общ/I_общ; R₁=U₁/I₁; R₂=U₂/I₂; R₃=U₃/I₃; Rэкв=R₁+R₂R₃/(R₂+R₃). Данные наблюдений и результаты вычислений занести в таб.1.4.

Используя данные наблюдений и результаты вычислений табл. 1.1, 1.4, проверить справедливость первого и второго законов Кирхгофа.

Составить отчет по результатам выполненной работы.

 

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать и пояснить физический смысл законов Ома для участка цепи и полной цепи.

2. В чем сходство и различие закона Ома для участка цепи и всей цепи?

3. Объяснить и привести формулы частных случаев закона Ома для участка цепи.

4.Почему при определении ЭДС источника тока с помощью вольтметра необходимо разомкнуть цепь?

5. Что физически выражает первый закон Кирхгофа?

6. Сформулируйте второй закон Кирхгофа и поясните его физический смысл.

7. Приведите примеры электрических схем для объяснения первого и второго законов Кирхгофа.

 

Лабораторная работа 2

Измерение сопротивления резисторов различными методами.

Цель работы. 1. Изучить устройство и работу омметра, одинарного из­мерительного моста и мегаомметра. 2. Научиться производить измерения со­противлений различными методами.

Общие теоретические положения. Для измерения сопротивления приме­няются методы амперметра и вольтметра; омметра; мегаомметра. Для того чтобы определить сопротивление участка цепи с помощью амперметра и вольтметра, амперметр включают последовательно, а вольтметр — парал­лельно ему. Включив амперметр и вольтметр по схемам рис. 6.1 или 6.2, из­меряют значения тока и напряжения. Зная показания амперметра и вольт­метра, искомое сопротивление определяют по формуле Rх=U/I.

Сопротивление может быть определено и с помощью омметра. Принципи­альная схема омметра изображена на рис.6.З. В цепь источника тока с ЭДС Е включены последовательно известное ограничительное сопротивление Rогр., резистивный элемент Rх и измеритель тока (И) магнитоэлектрической систе­мы. Ток в цепи I = Е/(Rогр + Rx).

При постоянных значениях E и Rорг ток в цепи I зависит только от со­противления Rx, поэтому каждому значению сопротивления Rx, соответствует определенное значение тока. Следовательно, шкалу измерителя тока можно не­посредственно отградуировать в единицах сопротивления (Ом). Шкала прибо­ра — обратная: нуль ее находится справа, что соответствует наименьшему со­противлению и наибольшему току. Приступая к измерениям с помощью ом­метра, стрелку прибора нужно установить на нуль. Для этого необходимо замкнуть переключатель S, установить Rx=0 и, регулируя Rорг ручкой, выведенной на переднюю панель прибора, установить стрелку измерителя на нуль. Затем переключатель S следует разомкнуть. Если в схеме прибора пе­реключатель не предусмотрен, то при установке измерители па нуль зажи­мы a и b нужно замкнуть накоротко толстым проводом.

Для точных измерений сопротивлений в лабораторных условиях широкое применение находят мосты постоянного тока. Простейшая схема моста постоянного тока показана на рис. 6.4. В три плеча моста включены сопротивления r₁, r₂, r₃, в четвертое плечо измеряемое сопротивление r_х. К точкам А и В присоединен источник питания, между точками С и D включен магнито-электрический гальванометр Г. Изменяя сопротивления r₁---r₃ можно добиться равновесия моста, при котором ток в цени гальванометра отсутствует. В этом случае напряжение между точками С и D равно нулю, токи через сопротивления r₁ и r₂ одинаковы, токи через сопротивления r₃ и r_х также равны между собой. Учитывая это, можно написать I₁r₁=I₂r₃, I₁r₂=I₂r_х. Разделив почленно полученные уравнения, находим r_х/r₃=r₂/r₁, r₁r_х=r₂r₃. Отсюда r_х=r₂r₃/r₁.

Разновидностью омметров являются мегаомметры. Они предназначены для измерения сопротивления изоляции отдельных частей электротехнических установок по отношению к «земле» и друг к другу. Измерение сопротивления изоляции должно производиться при напряжении, по возможности равном рабочему, но не меньшем 100 В. Мегаомметры состоят из источника напряже­ния (генератора постоянного тока) и измерительного прибора. Для измерения сопротивления зажим Л мегаомметра присоединяют к одному проводу линии, а зажим 3—к другому проводу или к «земле». Вращая ручку мегаомметра с частотой 120 мин^-1, определяют по шкале сопротивление изоляции. Если провод оборван, то мегаомметр покажет очень большое сопротивление изоля­ции (порядка 10⁶— 10⁷ Ом). При коротком замыкании линии показания мегаом­метра близки нулю. В нормальной линии мегаомметр фиксирует сопротивле­ние нагрузки.

 

 

Таблица 6.1

Номер опыта	Измеряемое сопротивление	Измерено сопротивление
Методом вольтметра и амперметра	Методом омметра	Методом моста
U, B	I, A	Rх, Ом	Rх ср, Ом	R’х, Ом	R’’x, Ом
	R1
	R2
	R3

 

Приборы и оборудование: источник постоянного тока (аккумуляторная батарея или выпрямитель), вольтметр магнитоэлектрической системы (с из­вестным сопротивлением Rv), амперметр магнитоэлектрической системы (с из­вестным сопротивлением R_A), омметр, измерительный мост постоянного тока, мегаомметр, три резистора, сопротивления которых предстоит измерять, элект­родвигатель трехфазного тока любой мощности, соединительные провода.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с приборами и другим обо­рудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. Определить сопротивление трех резисторов методом вольтметра и ам­перметра. В зависимости от порядка измеряемой величины выбрать схему рис.6.1 или 6.2. Повторить опыт при других значениях напряжения и тока. Вычислить среднее значение сопротивления для каждого резистора. Данные наблюдений и результаты вычислений занести в табл. 6.1.

3. По заводской инструкции ознакомиться со схемой и правилами экс­плуатации омметра. Измерить сопротивление тех же резисторов омметром, ре­зультаты записать в табл. 6.1.

4. Ознакомиться с устройством измерительного моста и правиламиегопользования. Произвести измерение сопротивлений резисторов с помощью мо­ста, результаты полученных измерений занести в табл. 6.1.

5. Познакомиться с правилами выполнения измерений с помощьюмегаомметра.

6. Пользуясь мегаомметром, измерить сопротивление изоляции обмоток

трехфазного электродвигателя относительно его корпуса.

7. Составить отчет по результатам выполненной работы.

Контрольные вопросы. 1. В чем сущность метода измерения сопротивле­ния с помощью амперметра и вольтмера? 2. Какие существуют схемы включе­ния амперметра и вольтметра для измерения сопротивления и когда какая схема применяется? 3. Какой закон электротехники лежит в основе метода из­мерения сопротивления с помощью амперметра и вольтмера? 4. Почему шкалу омметра градуируют справа налево? 5. Объясните принцип действия и условия равновесия измерительного моста.6. Как практически измерить сопротивление? 5. Чему должно быть равно сопротивление изоляции между зажимами различных обмоток двигателя, а также между зажимами любой обмотки и корпусом, если изоляция не повреждена?

 

Лабораторная работа №3

Составление схемы и исследование работы неразветленной цепи переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью.

Цель работы. 1. Проверить практически и уяснить, какие физические яв­ления происходят в цепи переменного тока. 2. Рассчитать параметры отдель­ных элементов электрической цепи. 3. Построить по опытным данным векторные диаграммы.

Общие теоретические положения. При подведении к зажимам последова­тельно соединенных активного сопротивления r, индуктивности L и емкости С синусоидального напряжении n=U_msinωt (рис. 7.1) в цепи устанавливается ток i=I_msin(ωt-φ). Сдвиг фаз между напряжением и током определяется по формуле φ=arctg(x_L-x_C)/r, где x_L=2πfL, x_C=l/(2πfC) – соответственно индуктивное и емкостное сопротивления.

Действующее значение тока в цепи можно найти по закону Ома:

I=U/√r²+(x_L-x_C)²=U/Z

где Z=√ r²+(x_L-x_C)² – полное сопротивление цепи.

Если x_L > х_С, то и U_L > U_c — ток в этом случае отстает от напряже­ния сети (рис. 7.2, а). В случае x_L < х_с и U_L < U_с ток опережает напряже­ние (рис. 7.2, а). Когда x_L — x_C, то и U_L=U_c — ток и напряжение совпа­дают по фазе (рис. 7.2. б). Этот случай называется резонансом напряжений, он имеет место при резонансной частоте f₀ =l/(2π√LC).

Цепь при резонансе ведет себя так, как будто содержит только одно актив­ное сопротивление. Действительно, когда наступает резонанс, то реактивное сопротивление цепи х= x_L -х_с = 0; полное сопротивление цени Z=r, ток I₀=U/r, коэффициент мощности cosφ=1.

Резонанс может быть получен подбором параметров цепи при заданной частоте сети или частоты сети при заданных параметрах цепи.

Для цепи с последовательным соединением резистора, индуктивной катушки и конденсатора по измеренным значениям напряжения U_r, U_c, U_k, U, тока I и активной мощности Р можно определить параметры цепи. Сопротивление резистора r=U_r/I, емкостное сопротивление x_C=Uc/I. Определив х_С и зная промышленную частоту f =50 Гц, можно найти емкость конденсатора: C=I/(2πfxC).

Параметры катушки определяются сле­дующим образом: полное сопротивление

Zк=Uк/I; так как Zк=√R²_к-х²_L, где Rк – активное сопротивление, то х_L=√Z²_к-R²_к. Определив активное сопротивление катушки как Rк=R-r, где R=P/I² – активное сопротивление всей цепи, находим х_L. Из формулы х_L=2πfL определяем индуктивность катушки: L=х_L/(2πf). Зная параметры катушки, можно вычислить активное Uак=IRк и индуктивное U_L=Iх_L напряжения катушки, а также cos φ_к=Uак/Uк.

Коэффициент мощности определяют по показаниям вольтметра, амперметра, ваттметра исходя из формулы cosφ=P/(UI).

Приборы и оборудование: источник питания (сеть переменного тока час­тотой 50 Гц), проволочный резистор, дроссельная катушка с железным под­вижным сердечником, конденсатор постоянной емкости, амперметр электро­магнитной системы, вольтметр электромагнитной системы со щупами, ваттметр, лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), двухполюсный автоматический выключатель, соединительные провода.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с приборами и другим оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. Присоединить к сети переменного напряжения, как показано на рис. 7.3,через двухполюсный автоматический выключатель S ЛАТР, собрать последовательную часть электрической цепи, а затем присоединить парал­лельную обмотку ваттметра. Установить ручку ЛАТР в положение, обеспе­чивающее нулевое напряжение на зажимах электрической цепи.

3. После проверки преподавателем правильности соединений включить двухполюсный автоматический выключатель S, увеличить напряжение до заданного значения. Наблюдая ток в цепи, переместить железный подвижный сердечник в дроссельной катушке до получения резонанса напряжений. Изме­рить напряжения на приемниках цепи. Результаты наблюдений занести в табл. 7.1.

4. Повторить наблюдения для большей и меньшей длины железного сер­дечника, введенного в катушку. Показания всех приборов записать в табл.7.1.

5. По результатам наблюдений произвести вычисления величин, указан­ных в табл. 7.1.

6. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы тока и напряжений.

7. Составить отчет по результатам выполненной работы.

Таблица 7.1.

Номер опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

U, B

I, A

P, BT

Ur, B

Uk, B

Uc, B

r, Ом

Zk, Ом

Rk, Ом

Uak, В

xL, Ом

L, Гн

xL, Ом

C, мкФ

Cos φ

Cos φк

Контрольные вопросы. 1.От каких величин зависит сдвиг фаз между на­пряжением и током? 2.Как рассчитать действующий ток линейной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с приемниками, харак­теризуемыми параметрами r, L, С? 3. Как определяется полное сопротивление цепи переменного тока? 4. Какое явление называют резонансом напряжений и каковы его характерные признаки? 5. Чему равна резонансная частота, если известны индуктивность и емкость цепи? 6. Чему равен коэффициент мощности при резонансе?

 

Лабораторная работа № 4

Сборка и исследование работы трехфазной цепи при соединении потребителей энергии звездой.

Цель работы. 1. Выявить особенности трехфазных систем при соединении фаз «звездой». 2. По опытным данным построить векторные диаграммы при симметричной и несимметричной нагрузке фаз.

Общие теоретические положения. Как видно из схемы рис.8.1, при соеди­нении звездой фазные напряжения приемника U_А, U_В, и U_С не равны ли­нейным напряжениям U_АВ, U_ВС и U_CA. Эти напряжения связаны между собой векторными уравнениям U _АВ = U_A= U_В, U_ВC=U_В=U_C, U _CA =U_C=U_А. При симметрии соответственно линейных и фазных напряжений существует зависимость Uл=√3Uф.

Из схемы рис.8.1. видно, что при соединении звездой линейные токи равны соответствующий фазным токам: I_л = I_ф. Фазный ток I_ф зависит от фазного напряжения U_ф на зажимах приемника и его полного сопротивления Zф, что следует из формулы I_ф= Uф/Zф. Ток в нейтральном проводе I_N=I_A+I_B+I_C.

Если полные сопротивления Z_A, Z_В, Z_С приемников одинаковые, т. е. Z_A = Z_B = Z_c = Zф, и сдвиги фаз φ _А, φ_B и φ_Cмежду фазными напряжени­ями и соответствующими им фазными токами раины между собой, т. е. φ_А=φ_В=φ_С=φ, нагрузку называют симметричной. При симметричной на­грузке фазные напряжения U_А, U_в, U_с одинаковы, фазные токи равны между собой: I_ф = Uф/Zф, сдвиги фаз между напряжениями и токами U_А и I_А, U_В и I _В, U_c и I_с одинаковы и находятся по формуле φ=arctg (х_ф/R _ф), где х_ф — реактивные сопротивления фазы нагрузки; R_ф — ее актив­ное сопротивление.

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена на рис.8.2. Ток в нейтральном проводе при симметричной нагрузке I_N=I_A+I_B+I_C=0.Отсюда следует, что при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен.

Активная мощность трехфазного приемника может быть выражена так: Р=3Р_ф = 3UфIфcosφ _ф или Р=√3UлIлcosφ _ф.

Если Z_A≠Z_B ≠ Z_c или φ_А≠φ_В≠φ_С либо два этих условия выпол­няются вместе, то нагрузка будет несимметричной. При несимметричной на­грузке и наличии нейтрального провода фазные напряжения приемников практически одинаковы: U_А ≈ U_B≈U_C ≈U _ф, а в нейтральном проводе возникает ток I_N≠0, который можно определить графически (рис.8.3.) исходя из векторного уравнения I_N=I_A+I_B+I_C.

Особенностью электрической цени при несимметричной нагрузке является то, что она должна иметь обязательно нейтральный провод. При обрыве нейтрального провода ток I_N=0. В этом случае токи I_A, I_B и I_Cдолжны измениться так, чтобы их векторная сумма оказалась равной нулю: I_A+I_B+I_C=0.

При заданных сопротивлениях нагрузки Z_A, Z_В, Z_С токи могут изменить­ся только за счет изменения фазных напряжении. Следовательно, обрыв нейт­рального провода в общем случае приводит к изменению фазных напряжений рис. 8.4. В результате приемники оказываются под напряжениями, отличаю­щимися от номинального значения фазного напряжении, что недопустимо. Чтобы этого не произошло, необходимо обращать внимание на целостность нейтрального пропала, в цепь которого нельзя ставить выключатели и даже защитные устройства, например пре­дохранители.

Для несимметричной нагрузки активная мощность всех фаз опреде­ляется но формуле Р=Р_А+Р_В+Р_С.

Однофазные приемники можно включать в трехфазную четырехпроводную сеть какна фазное U_ф, так и на линейное Uл напряжение, что позволяет питать от одной сети приемники, рассчитанные на номиналь­ные напряжения отличающиеся друг от друга в √3 раз.

Приборы ч оборудование: ис­точник питания (четырехпроводная трехфазная сеть напряжением 220/127 В), три ламповых (или проволочных) реостата, четыре амперметра электромагнитной частоты, вольтметр электромагнитной системы со щупами, трехполюсный автоматический выключатель, однополюсный выключатель, соединительные провода.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с приборами и оборудова­нием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. По схеме рис. 8.5 собрать последовательную часть цепи каждой фазы, соединить однофазные приемники звездой, присоединить ее нейтральную точ­ку через амперметр А_N и однополюсный выключатель S₁ к зажимам нейтраль­ного провода рабочего щитка. Представить собранную пень для проверки пре­подавателю.

3. Включить однополюсный выключатель S₁ в цепь нейтрального провода и трехполюсный выключатель S. Установить симметричную нагрузку, для чего, изменяя число включенных ламп в каждой фазе, добиться, чтобы показа­ния амперметров А_А, А_В и А_С были одинаковы. С помощью вольтметра из­мерить фазные U_А, U_В и U_С и линейные U_АВ, U_ВС и U_СА, напряжения на за­жимах приемников. Записать показания всех приборов в табл.8.1.

4. Не изменяя числа включенных ламп в фазах, произвести те же измере­ния, записав показания приборов в табл. 8.1 при отключенном нейтральном проводе.

5. Изменением числа включенных ламп (выключатели S и S₁ замкнуты) создать несимметричную нагрузку. Повторить те же измерения и записать в табл.8.1. показания всех приборов. Отключить нейтральный провод и снова произвести те же измерения, записать отсчет по приборам в ту же таблицу. Обратить внимание на то, как влияет наличие нейтрального провода на сте­пень накала ламп при несимметричной нагрузке фаз.

6. При той же несимметричной нагрузке отключить трехполюсный авто­матический выключатель S, отсоединить один из линейных проводов. Замк­нуть цепь с нейтральным проводом и без него, записать показания приборов в табл. 8.1.

7. Проверить отношение между линейными и фазными напряжениями для случаев симметричной нагрузки фаз, сравнить его с теоретическим зна­чением.

8. Рассчитать мощность каждой фазы и полную мощность потребляемую нагрузкой, результаты вычислений занести в табл. 8.1.

9. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов, ис­пользуя данные табл. 8.1, для трех случаев: а) при симметричной нагрузке с нейтральным проводом; б) при несимметричной нагрузке с нейтральный про­водом; в) при той же несимметричной нагрузке без нейтрального провода.

10.Составить отчет по результатам выполненной работы.

Таблица 8.1.

Номер опыта

Состояние схемы

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Напряжение, В

Ток, А

Активная мощность, Вт

линейное

фазное

UAB

UBC

UCA

UA

UB

UC

IA

IB

IC

IN

PA

PB

PC

P

Симметричная нагрузка с нейтральным проводом Симметричная нагрузка без нейтрального провода Несимметричная нагрузка с нейтральным проводом Несимметричная нагрузка без нейтрального провода Несимметричная нагрузка с обрывом линейного провода

Контрольные вопросы. 1.Как соединить фазы токоприемника звездой? 2. Какое напряжение называется фазным и какое — линейным? 3. Какие суще­ствуют зависимости между действующими линейными и фазными напряжения­ми трехфазной четырехпроводной сети? 4. При каких условиях трехфазная си­стема называется симметричной? 5. В каких условиях можно обойтись без ней­трального провода? 6. Каково соотношение между фазными напряжениями для несимметричной нагрузки при наличии нейтрального провода? 7. Как оп­ределить ток в нейтральном проводе? 8. К чему может привести обрыв нейт­рального провода при несимметричной нагрузке?

 

Лабораторная работа №5

Составление схемы и исследование работы однофазного трансформатора.

Цель работы. 1. Определить коэффициент трансформации и КПД транс­форматора в различных режимах. 2. Построить внешнюю характеристику трансформатора и зависимость его КПД от коэффициента загрузки

Общие теоретические положения. Трансформатор – статический элект­ромагнитный аппарат, действие которого основано на явлении взаимной индук­ции. Он предназначен для преобразования электрической энергии перемен­ного тока с параметрами U₁, I ₁ в энергию переменного тока с параметрами U₂, I ₂ той же частоты. Конструктивно трансформатор (рис 10.1) состоит из замкнутого ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных лис­тов электротехнической стали, на котором расположены две обмотки 2, 3, вы­полненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называй, первичной, а обмотку, к которой под­ключаются приемники, — вторичной.

Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе транс­форматора, наводит в обмотках ЭДС действующие значения которых

Е₁=4,44fω₁Фм Е₂=4,44fω₂Фм,
где f — частота переменного тока; ω₁ω₂— число витков обмоток: Ф_м — ам­плитуда магнитного потока. Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (режим холостого хода), то напряжение на зажимах обмотки рав­но ее ЭДС: U₂=Е₂, а напряжение источника питания почти полностью урав­новешивается ЭДС первичной обмотки: U₁≈E_1. Разделив значение ЭДС пер­вичной цепи на соответствующее значение ЭДС вторичной цепи, получим

E₁/E₂=U₁/U₂=ω₁/ω₂=k
где k — коэффициент трансформации трансформатора.

Начало и конец первичной обмотки однофазного трансформатора обозна­чают прописными буквами: начало — А, конец — Х; начало и конец вторич­ной обмотки — строчными буквами: начало — а, конец — х.

В паспорте приводят технические данные трансформатора, необходимые для его нормальной эксплуатации: тип, номинальная мощность S_НОМ, номи­нальное напряжение первичной U_1НОМ и вторичной U_2НОМобмоток, первич­ный I_1НОМ и вторичный I_2НОМ номинальные токи, напряжение короткого замы­кания и частота f_ном.

Если к вторичной обмотке, полное сопротивление которой Z₂, присоеди­нить приемники, то во вторичной цепи возникнет ток I₂, а на зажимах прием­ников установится напряжение U₂= Е₂-Z₂I₂. Это напряжение зависит от параметров приемников и может быть определено по внешним харак­теристикам трансформатора U₂=f(I₂) (рис.10.2), получаемым экспериментально при U₁=const, f=const cos φ₂=const, где cos φ₂ — коэффициент мощности приемников.

Коэффициент загрузки транс­форматора и КПД трансформатора малой мощности определяют по формулам

I₂ P₂ P₂

β=---------η=-----=------------

I_2ном P₁ P₂+P_x+P_k

С учетом коэффициента загрузки β КПД трансформатора средней и большой мощности вычисляют по формуле.

βS_номcosφ₂

η=--------------------------------

βS_номcosφ₂+Pх+Pкβ₂
где βS_номcosφ₂ – активная мощность, отдаваемая трансформатором во вто­ричную цепь с учетом коэффициента загрузки β; Рх и Рк — активные мощности соответственно при холостом ходе и номинальном напряжении и при опы­те короткого замыкании и номинальном токе.

На рис 10.3 изображены графики зависимости КПД от коэффициента за­грузки трансформатора при различных значениях cosφ₂.

Приборы и оборудование: источник питания (сеть переменною тока), однофазный трансформатор, лабораторный автотрансформатор ЛАТР, два вольтметра и два амперметра электромагнитной системы, ваттметр, ламповый реостат, двухполюсный и однополюсный выключатели, соединительные провода.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с трансформатором, прибо­рами и другим оборудованием, предназначенными для выполнения лабо­раторной работы, записать их технические характеристики

2. Собрать электрическую схему согласно рис.10.4 для исследования од­нофазного трансформатора, поставить ручку регулирующего автотрансфор­матора ЛATP в нулевое положение и отключить однополюсный выключатель

3. После проверки преподавателем правильности соединений ЛАТР ус­тановить номинальное напряжение на зажимах первичной обмотки трансфор­матора и записать показания всех приборов в табл. 10.1 при холостом ходе трансформатора; вычислить коэффициент трансформации k.

4. Провести опыт работы трансформатора под нагрузкой. Для этого из­меняй число включенных ламп в нагрузочном реостате R, установить вторичный ток I₂ равным 25, 50. 75, 100 и 125 % его номинального значения при не­изменном напряжении назажимах первичной обмотки. Рассчитать для всех опытов коэффициент загрузки. Данные наблюдений и расчетов занести в табл. 10.1.

5. Провести опыт короткого замыкания трансформатора. Поставить руч­ку ЛАТР в нулевое положение, включить однополюсный выключатель S_К. Затем с помощью ЛАТР установить номинальный ток первичной обмотки, про­извести отсчеты по всем приборам и записать их в табл. 10.1

6. Определить КПД трансформатора для всех опытов, результаты зане­сти в табл. 10.1.

7. Построить в масштабе характеристики U₂ = f (I₂), η= f (β) при U₁ = const, f =const и cos φ₂ =I.

8. Составить отчет по результатам выполненной работы.

Таблица 10.1.

Номер опыта	Режим работы трансформатора	Данные наблюдений	Результаты вычислений
U2, В	I1, А	P1, Вт	U2, В	I2, А	P2, Вт	β	η
. . .	Холостой ход k Под нагрузкой     Короткое замыкание

 

Контрольные вопросы. 1. Как устроен однофазный трансформатор? 2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора? 3. Что называют коэффициен­том трансформации? 4. Что называют внешней характеристикой трансформа­тора и как ее получить? 5. Какие потерн энергии имеются в трансформаторе и как их определить опытным путем? 6. Как определить КПД трансформатора?