Transzformátor vizsgálata

Átírás

1 A kísérlet, mérés célkitűzései: A transzformátor működési elvének megértése, gyakorlati alkalmazás lehetőségeinek megismerése kísérletek útján. Eszközszükséglet: Tanulói transzformátor készlet digitális multiméter 2 db vezetékek tanulói tápegység 1. ábra Kísérleti eszközök Eszközismertető A tanulói transzformátor készlettel (1. ábra) a valódi transzformátorok működési elve tanulmányozható. A készlet három különbféle menetszámú tekercset (1600, 400, 50) tartalmaz és egy csavarral zárható vasmagot, mely állványra szerelhető. Balesetvédelmi figyelmeztetés Az elektromos eszközök szabálytalan használata balesetet okozhat! Az áramforrás bekapcsolásakor figyelj arra, hogy annak állító gombja a megfelelő állásban legyen. A mérés elméleti háttere 1885-ben Zipernovszy Károly és Déri Miksa bejelentették szabadalmukat " Újítások villamos áramok elosztásával váltakozó áramú induktorok segítségével " címen. Egy hónap múlva az előző két mérnökhöz csatlakozott Bláthy Ottó is és egy újabb közös szabadalom látott napvilágot "Javítások indukciós készülékeken villamos áramok transzformálása céljából". Az első szabadalommal a magyar elektrotechnikusok a nagyfeszültségű váltakozó áramú energiaelosztásnak gondolatát védték, melynél a kis fogyasztási feszültségekre való átalakítással 1. oldal

2 párhuzamosan kapcsolt transzformátorok segítségével történt. A második szabadalom a saroknélküli transzformátorra vonatkozott és annak két kivételét, a "magtranszformátort" és a "köpenytranszformátort" tartalmazta. 2. ábra Az első transzformátorok A " transzformátor " elnevezés - ahogy feltalálóink elnevezték - megmaradt és a világon mindenütt ma is használatos. A transzformátor működési elve A transzformátor működése az elektromágneses indukció jelenségén alapszik. A transzformátornak az a tekercse, amelybe a váltakozó áramot vezetjük, a primer tekercs, a másik a szekunder tekercs, mely áramforrásként is használható. 3. ábra Transzformátor felépítése 2. oldal

3 Ha egy váltakozó áramú áramforrásra kapcsolt primer tekercs menetszámát változtatjuk, de a feszültséget változatlanul hagyjuk, akkor változik a szekunder tekercs kivezetésein mérhető úgynevezett szekunder feszültség. Terheletlen transzformátoroknál ahányszorosa a szekunder tekercs menetszáma a primer tekercs menetszámának, annyiszorosa a szekunder feszültség a primer feszültségnek. Ez azt jelenti, hogy ebben az esetben a megfelelő menetszámok és feszültségek hányadosa egyenlő: N p N sz = U p U sz Az elektromos berendezések egy részét (játékok tápegységei, telefon adapterek, hegesztőtranszformátorok, forrasztó páka stb.) a balesetveszély elkerülése érdekében a hálózati feszültségnél kisebb feszültséggel működtetjük (6-24 V). Ilyenkor a menetszámok megfelelő megválasztásával a feszültséget letranszformáljuk. De vannak olyan készülékek, melyek 230V-nál nagyobb feszültséggel működnek. Ezek használatához a feszültséget feltranszformáljuk. Az energia-megmaradás az ideális terhelt transzformátoroknál azt jelenti, hogy a primer és a szekunder tekercsekben az egyenlő idők alatt létrejött elektromos energiaváltozások egyenlők. Így a primer és a szekunder tekercsekben egyenlő az elektromos teljesítmény. Kísérlettel igazolható, hogy a transzformátor tekercsein mérhető feszültségek és a megfelelő áramerősségek fordítottan arányosak. Így a primer és a szekunder tekercsen mérhető feszültség és áramerősség szorzata a két tekercsre vonatkozóan egyenlő. Ez azt jelenti, hogy a két tekercsben a teljesítmény is egyenlő. U p I p = U sz I sz A valódi transzformátor működésénél is van energiaveszteség, hiszen például a vezeték ellenállása miatt a környezet felmelegszik. A vasmag másodpercenként 100-szori átmágneseződése is energiaveszteséget okoz. Mindezek ellenére a transzformátorok hatásfoka a gyakorlatban elérheti a 97 %-ot. Ezért tekinthetjük megközelítőleg a primer és a szekunder tekercs teljesítményét egyenlőnek. 1. feladat Állítsd össze a transzformátort úgy, hogy a primer tekercs 50, a szekunder tekercs 400 menetes legyen! A szekunder tekercset ne terheld fogyasztóval, csak a feszültségmérőt kösd annak kivezetéseire! A tanulói tápegység váltakozó áramú kivezetéseit kösd össze a primer tekerccsel. A másik multiméterrel mérd a primer feszültséget! (Figyelj a mérőműszerek beállításánál, mert itt váltakozó feszültséget kell mérned!) Változtasd a tanulói tápegység segítségével 3. oldal

4 a primer feszültséget (3, 5, 7, 9, 11 V) és mérd meg a hozzá tartozó szekunder feszültséget is! Mérési adataidat foglald az 1. táblázatba! N p =50, N sz = táblázat 2. feladat Most fordítsd meg a tekercseket és végezd el az előző mérést! Mérési adataidat foglald a 2. táblázatba! N p =400, N sz =50 2. táblázat 3. feladat Most végezd el az előző mérést úgy, hogy a transzformátor záró vasmagját leszeded arról! Így egy U alakú, nyitott vasmagon lesznek a tekercsek. Mérési adataidat foglald a 3. táblázatba! 4. oldal

5 N p =50, N sz = táblázat 4. feladat Állítsd össze úgy a 2. feladat elrendezését, hogy a szekunder oldalra bekötöd az izzót is! A tanulói tápegységet a 3 voltos értékre állítsd be! A multiméterek segítségével mérd meg mindkét oldalon az áramerősség és feszültség értékeket! Készítsd el a mérési összeállítás kapcsolási rajzát, majd jegyezd fel a mérési eredményeidet! Teljesül-e az elméleti összefoglalóban található összefüggés? N p = N sz = U p = U sz = I p = I sz = Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mit nevezünk transzformátornak? 2. Kik találták ezt fel? 3. Mire lehet használni a transzformátort? 4. Mekkora a hatásfoka egy gyakorlati életben is használatos utcai transzformátornak? 5. Mi történik, ha transzformátor primer oldalára egyenfeszültséget kötünk? Felhasznált szakirodalom: Fizika 8., Mozaik kiadó, Szeged oldal