Przekładnia transformatora

Podstawy programowe: GCSE, Sek I/II

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Ustalić, jak napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora zależy od liczby zwojów uzwojeń.

Układ

Źródło napięcia przemiennego 6 V, 50 Hz (sinusoida) jest podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora (500 zwojów, lewa para gniazd). Uzwojenie wtórne (250 zwojów, prawa para) nie jest do niczego podłączone. Nad transformatorem są woltomierze w trybie AC: lewy na uzwojeniu pierwotnym, prawy na wtórnym. Liczba zwojów jest wydrukowana na cewkach; górne gniazdo każdej pary to początek uzwojenia.

Przebieg doświadczenia

1. Zapisać wskazania obu woltomierzy i liczby zwojów obu cewek.
2. Obliczyć stosunek napięć \(U_2 / U_1\) i stosunek liczby zwojów \(N_2 / N_1\).
3. Na karcie parametrów transformatora ustawić Zwoje uzwojenia wtórnego na 1000. Zapisać wskazania i ponownie porównać stosunki.
4. Ustawić Zwoje uzwojenia wtórnego na 500, potem Zwoje uzwojenia pierwotnego na 250, a następnie na 1000. Jak zmienia się \(U_2\)?

Oczekiwany wynik

Woltomierze w trybie AC pokazują wartość skuteczną: przy amplitudzie 6 V na uzwojeniu pierwotnym jest 4,24 V. Przy 250 zwojach uzwojenia wtórnego otrzymuje się 2,08 V, przy 1000 zwojach około 8,3 V: transformator jest obniżający lub podwyższający w zależności od stosunku liczby zwojów. Przy 500 zwojach uzwojenia wtórnego i 250 pierwotnego również jest około 8,3 V, przy 1000 zwojach uzwojenia pierwotnego około 2,1 V: liczy się stosunek liczby zwojów, a nie sama ich liczba. Stosunek napięć jest w przybliżeniu równy stosunkowi liczby zwojów, \(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\). Jest o 2% mniejszy, ponieważ część strumienia magnetycznego uzwojenia pierwotnego nie przechodzi przez wtórne.

Pytania

1. Ile zwojów potrzeba na uzwojeniu wtórnym, aby z 4,24 V otrzymać 12 V?
2. Jaki jest stosunek liczby zwojów w kroku 3? Czy transformator jest podwyższający, czy obniżający?
3. Dlaczego uzwojenie wtórne daje napięcie, chociaż nie jest połączone z pierwotnym ani jednym przewodem?

Odpowiedzi

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4,24 ≈ 1415 zwojów. Transformator w układzie daje o 2% mniej, niż wynika ze stosunku liczby zwojów, więc w układzie potrzeba około 1415 / 0,98 ≈ 1440 zwojów.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2. Uzwojenie wtórne ma więcej zwojów niż pierwotne, więc transformator jest podwyższający: napięcie rośnie z 4,24 V do około 8,3 V.
3. Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym wytwarza zmienny strumień magnetyczny, a stalowy rdzeń przenosi ten strumień przez uzwojenie wtórne. Zmienny strumień magnetyczny indukuje napięcie w każdym zwoju uzwojenia wtórnego (indukcja elektromagnetyczna), więc energia przechodzi przez pole magnetyczne bez żadnego kontaktu elektrycznego.