변압기의 권수비

교육과정: GCSE, Sek I/II

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목표

변압기 2차 권선의 전압이 두 권선의 권선 수에 따라 어떻게 달라지는지 알아봅니다.

실험 장치

6 V, 50 Hz 교류 전압원(정현파)이 변압기의 1차 권선(500회, 왼쪽 소켓 한 쌍)에 연결되어 있습니다. 2차 권선(250회, 오른쪽 소켓 한 쌍)에는 아무것도 연결되어 있지 않습니다. 변압기 위에는 AC 모드 전압계가 있습니다. 왼쪽 것은 1차 권선에, 오른쪽 것은 2차 권선에 연결되어 있습니다. 권선 수는 코일에 적혀 있으며, 각 쌍의 위쪽 소켓이 권선의 시작점입니다.

실험 방법

1. 두 전압계의 측정값과 두 코일의 권선 수를 기록하세요.
2. 전압비 \(U_2 / U_1\)와 권수비 \(N_2 / N_1\)를 계산하세요.
3. 변압기의 매개변수 카드에서 2차 권선 수를 1000으로 설정하세요. 측정값을 기록하고 두 비를 다시 비교하세요.
4. 2차 권선 수를 500으로, 그다음 1차 권선 수를 250으로, 이어서 1000으로 설정하세요. \(U_2\)는 어떻게 달라집니까?

예상 결과

AC 모드 전압계는 실효값을 표시합니다. 진폭이 6 V이면 1차 권선에서는 4.24 V가 나타납니다. 2차 권선이 250회이면 2.08 V, 1000회이면 약 8.3 V가 나옵니다. 권선 수의 비에 따라 변압기는 강압 변압기도, 승압 변압기도 됩니다. 2차가 500회, 1차가 250회일 때도 약 8.3 V이고, 1차가 1000회이면 약 2.1 V입니다. 중요한 것은 권선 수 자체가 아니라 권선 수의 비입니다. 전압비는 권수비와 거의 같습니다(\(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\)). 전압비가 2% 낮은 것은 1차 권선의 자기 선속 일부가 2차 권선을 지나지 않기 때문입니다.

질문

1. 4.24 V에서 12 V를 얻으려면 2차 권선을 몇 회 감아야 합니까?
2. 3단계의 권수비는 얼마입니까? 이 변압기는 승압 변압기입니까, 강압 변압기입니까?
3. 2차 권선은 1차 권선과 전선 한 가닥으로도 연결되어 있지 않은데, 왜 전압이 생깁니까?

답

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4.24 ≈ 1415회입니다. 실험 장치의 변압기는 권수비보다 2% 낮은 전압을 내므로, 실험 장치에서는 약 1415 / 0.98 ≈ 1440회가 필요합니다.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2입니다. 2차 권선의 권선 수가 1차보다 많으므로 이 변압기는 승압 변압기입니다. 전압이 4.24 V에서 약 8.3 V로 높아집니다.
3. 1차 권선에 흐르는 교류가 교번 자기 선속을 만들고, 강철 철심이 이 자기 선속을 2차 권선까지 전달합니다. 변하는 자기 선속은 2차 권선의 한 바퀴 한 바퀴마다 전압을 유도하므로(전자기 유도), 에너지는 전기적 접촉 없이 자기장을 통해 전달됩니다.