CZĘTEORETYCZNA

              W przypadku prądów zmiennych do regulacji napięcia stosuje się transformatory i autotransformatory. Transformator składa się z rdzenia żelaznego, na który nawinięte są dwa uzwojenia: pierwotne (P), do którego przykłada się napięcie wejściowe i wtórne (W) z którego otrzymujemy napięcie wyjściowe.

Rdzeń żelazny jest najczęściej w kształcie prostokąta, stosowane też są inne kształty rdzenia, przy czym najczęściej spotyka się kształt podwójnego prostokąta. Z kształtem rdzenia wiąże się zagadnienie większego lub mniejszego rozproszenia strumienia magnetycznego oraz masy zastosowanego żelaza. Rdzeń składa się z cienkich blach żelaznych ok. 0,5 mm odizolowanych od siebie dla uniknięcia strat na prądy wirowe.

Jeżeli uzwojenie pierwotne dołączymy do źródła prądu zmiennego o napięciu V1 wówczas przez uzwojenie pierwotne płynie prąd zmienny o natężeniu I1, poprzez rdzeń popłynie zmienny strumień magnetyczny f0, którego zmiany będą zgodne ze zmianami natężenia prądu I1, tzn. będą w fazie z prądem magnesującym.

Strumień magnetyczny wytworzony przez uzwojenie pierwotne przenika również i uzwojenie wtórne. W transformatorze mamy zatem zmienny strumień magnetyczny f0, który przenika dwa uzwojenia: pierwotne i wtórne, indukują w nich zmienne siły elektromotoryczne: E1 – w uzwojeniu pierwotnym, E2 – w uzwojeniu wtórnym.

Gdy uzwojenie wtórne jest otwarte tzn. transformator nie jest obciążony, mamy wówczas tzw. bieg jałowy. Uzwojenie pierwotne zachowuje się wówczas jak zwojnica o określonym oporze indukcyjnym i omowym, przez którą będzie płynął prąd o natężeniu Ip, zwany prądem jałowego biegu transformatora.

Zależność czasu przyłożonego napięcia V1 określa równanie:

V1 = Vm sinwt                                                                                                                      (1)

gdzie Vm – wartość szczytowa albo amplituda

         w = 2pV – częstość kołowa zmian

              Natężenie prądu w uzwojeniu o określonym oporze indukcyjnym (przy R=0) jest opóźnione w fazie o p/2. Wobec tego mamy:

I1 = Im sin(wt + p/2) = Im coswt

Jeśli strumień magnetyczny jest zgodny w fazie z prądem magnesującym I1 zatem:

                            f = f0 coswt                                                                                                                        (2)

gdzie f0 – szczytowa wartość strumienia magnetycznego określona wartością prądu pierwotnego Im

              Siła elektromotoryczna indukcji powstająca w każdym zwoju jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia df. Jeżeli uzwojenie pierwotne zawiera n1 zwojów to całkowitą siłę elektromotoryczną E1 indukowaną w tym uzwojeniu określa równanie:

                                                                                                                                                                  (3)

Wyznaczając pochodną df/dt z równania (2) i wstawiając do (3) otrzymujemy:

                            E1 = -n1f0wsinwt                                                                                                          (4)

Przyłożone napięcie V1 powinno zrównoważyć siłę elektromotoryczną indukcji E1 oraz spadek napięcia na oporze omowym R1, słuszne jest więc równanie:

                            V1 = -E1 + I1R1

Jeżeli założymy, że opór omowy jest mały to po podstawieniu do powyższego równania wartości (1) i (4) otrzymamy:

                            Vmsinwt = n1f0wsinwt

stąd

Wzór ten wyraża stałą wartość strumienia magnetycznego.

              Strumień magnetyczny przenikając uzwojenie wtórne wywołuje w nim siłę elektromotoryczną indukcji E2

która wytworzony na końcach uzwojenia różnicą napięć V2 ma kierunek zgodny z kierunkiem E2.                                                                                                                                                                   (5)

Dzieląc stronami (4) i (5) otrzymamy:

Powyższe równanie mówi o tym, że napięcie wtórne transformatora nieobciążonego jest przesunięte w fazie względem napięcia pierwotnego o p oraz stosunek napięcia obu uzwojeń jest równy stosunkowi liczby zwojów (k - przekładnia transformatora).

              W rzeczywistości moc oddawana jest mniejsza od mocy pobieranej gdyż istnieją straty cieplne w uzwojeniach oraz straty cieplne w rdzeniu związane z powstawaniem prądów wirowych. Sprawność działania transformatora można określić przez podanie współczynnika wydajności

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Łączymy układ pomiarowy według schematu.

Zmieniając napięcie V1 od 0 do 30V odczytujemy każdorazowo natężenie I2 jałowego biegu transformatora i napięcie V2.

Łączymy układ według schematu.

Opór R regulujemy tak aby miał maksymalną wartość.

Zmieniając następnie opór R tak aby natężenie I1 zmieniło się ok. 1A i notujemy wskazania mierników.

TABELA POMIARÓW

DYSKUSJA BŁĘDÓW