Как найти напряжение на концах первичной обмотки

Обновлено: 18.05.2023

Трансформатор – устройство для изменения напряжения или тока. В сегодняшней статье рассмотрим несколько простых задач на расчет трансформаторов.

Подписывайтесь на нас в телеграме, чтобы не пропустить ничего важного. А если хотите получить скидку – загляните на наш второй канал с акциями и бонусами для клиентов.

Задачи на расчет трансформаторов

Специально для тех, кто не знает, как подступиться к задачам по физике, мы подготовили памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам.

Задача на трансформатор №1

Условие

Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора,имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.

Решение

Применим форулу для коэффициента трансформации:

k = N 1 N 2 = U 1 U 2

Из данной формулы следует, что:

U 1 = U 2 · N 1 N 2

Подставим значения и вычислим:

U 1 = 50 · 2000 5000 = 20 В

Ответ: 20 В.

Задача на трансформатор №2

Условие

Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением 220 В, по ней проходит ток 0,5 А. На вторичной обмотке напряжение составляет 9,5 В, а сила тока равна 11 А. Определите коэффициент полезного действия трансформатора.

Решение

Формула для коэффициента полезного действия трансформатора:

η = P 2 P 1 · 100 %

Здесь P=UI – мощность тока в обмотке.

Возьмем данные из условия и применим указанную формулу:

η = U 2 I 2 U 1 I 1 · 100 % η = 9 , 5 · 11 220 · 0 , 5 · 100 % = 95 %

Ответ: 95%

Задача на трансформатор №3

Условие

Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь

Решение

Напряжение на вторичной обмотке будет равно:

U 2 = U 1 k U 2 = 220 5 = 44 В

Если считать, что потерь энергии нет, то мощность во вторичной обмотке будет такая же, как и в первичной:

I 2 = P 2 U 2 = 44 В т 44 В = 1 А

Ответ: 1А

При решении задач не забывайте проверять размерности величин!

Задача на трансформатор №4

Условие

Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а коэффициент трансформации равен 10?

Решение

Сначала определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

U 2 = U 1 k = 1000 10 = 100 В

Запишем формулу для КПД трансформатора и рассчитаем:

η = P 2 P 1 · 100 % = U 2 I 2 P 1 · 100 % η = 100 · 3 , 8 400 · 100 % = 95 %

Ответ: 95%

Задача на трансформатор №5

Условие

Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону Ф = 0 , 01 sin 100 π t . Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.

Решение

По закону электромагнитной индукции:

Продифференцируем магнитный поток по времени:

d Ф d t = d ( 0 , 01 sin 100 π t ) d t = 0 , 01 · 100 π · cos 100 π t = πcos 100 πt

Подставим результат в формулу для ЭДС:

ε = – N π cos ( 100 π t )

От минуса в данном выражении можно избавиться с помощью формул тригонометрии. Сделаем это и запишем окончательный результат:

ε = N π sin ( 100 π t – π 2 ) = 95 π sin ( 100 π t – π 2 )

Ответ: 95 π sin ( 100 π t – π 2 )

Вопрос 1. Что такое трансформатор?

Ответ. Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более связанные обмотки на магнитопроводе. Трансформатор предназначен для преобразования одной величины напряжения и тока в другое без изменения частоты посредством электромагнитной индукции.

Основное назначение трансформаторов: изменять напряжение переменного тока.

Вопрос 2. Где используются трансформаторы?

Ответ. Трансформатор – очень распространенное устройство в электронике и электротехнике. Трансформаторы используются:

1. В сетях передачи электроэнергии.
2. В радиоэлектронных приборах (услилители низкой частоты и т.д.)
3. В источниках электропитания практически всех бытовых приборов.

Вопрос 3. Какие бывают трансформаторы?

Ответ. Трансформаторы делятся на:

• силовые;
• сварочные;
• измерительные;
• импульсные;
• разделительные;
• согласующие и т.д.

Помимо этого трансформаторы разделяют по числу фаз: однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Вопрос 4. Из чего состоит простейший трансформатор?

Ответ. Основными элементами любого трансформатора являются изолированные обмотки, намотанные на сердечник.

Вопрос 5. Когда изобрели трансформатор?

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.

Проблемы с учебой? Обращайтесь в сервис помощи студентам в любое время!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

«Если ученик в школе не научился сам

ничего творить, то в жизни он всегда

будет только подражать, т.к. мало таких,

которые бы, научившись копировать,

Генератором переменного тока — устройством, преобразующим механическую энергию в электрическую.

Конструкций генераторов существует достаточное количество, однако, неизменными в каждом из них, остаются ротор — подвижная часть генератора, и статор — неподвижная часть генератора.

Трансформатор —устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте. Любой трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации, т.е. отношением числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке.

В зависимости от значения этого коэффициента, различают повышающий (если коэффициент трансформации меньше единицы) и понижающий (если коэффициент трансформации больше единицы) трансформаторы.

В задачах, где рассматривается работа трансформатора, основными являются формулы для определения коэффициента трансформации, определение коэффициента полезного действия и связи сил тока и напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора (если, конечно, его КПД близок к 100%). Если же в задачах указываются большие токи во вторичной цепи, то необходимо записать формулу закона Ома для замкнутой цепи.

где U₂ — напряжение на зажимах вторичной обмотки, I₂ — сила тока во вторичной обмотке, а r₂— ее сопротивление. В таких случаях коэффициент трансформации будет рассчитываться по формуле:

Задача 1. Определите максимальное значение электродвижущей силы во вторичной обмотке трансформатора, если она имеет 100 витков и пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем по закону Ф = 0,01 cos 314 t.

Анализируем условие задачи и определяем что нам дано, а что необходимо найти.

Задача 2. Задача 2. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 В до 660 В. Каков коэффициент трансформации и сколько витков содержится во вторичной обмотке трансформатора? В какой обмотке провод будет иметь большую площадь сечения?

Задача 3. Понижающий трансформатор с k = 10 включен в сеть напряжением 127 В. Сопротивление вторичной обмотки равно 2 Ом, а сила тока 3 А, то, каково напряжение на зажимах вторичной обмотки? Потерями энергии в первичной обмотке пренебречь.

Задача 4. Трансформатор включен в сеть с переменным напряжение 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки составляет 20 В, а сила тока 1 А. Определите коэффициент трансформации и сопротивление вторичной обмотки, если КПД данного трансформатора равен 91%. Потерями в первичной обмотке и сердечнике пренебречь.

2. Каково устройство трансформатора? 3. Сколько чаще всего катушек у трансформатора?

4. На чем основан принцип работы трансформатора?

5. Трансформатор на холостом ходу.

6. Работа нагруженного трансформатора.

7. Что такое коэффициент трансформации?

8. Каким бывает численно коэффициент трансформации?

9. Какой трансформатор называют повышающим, какой понижающим?

10. Можно ли подключить трансформатор к сети постоянного напряжения?

11. Почему трансформатор гудит?

12. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов железа?

13. Почему сердечник называют магнитопроводом?

14. Можно ли сердечник сделать из меди?

15. Как найти КПД трансформатора? Каких наибольших значений он достигает?

16. Какие потери энергии могут быть в трансформаторе?

17. Как избежать потерь энергии в трансформаторе?

18. Можно ли включить в сеть переменного тока напряжением 220 В первичную катушку трансформатора, снятую с сердечника?

3. Тестовый опрос по теме трансформатор.

1. Сколько витков должна иметь первичная катушка трансформатора, чтобы повысить напряжение от 10 до 50 В, если во вторичной обмотке 80 витков?

2. Трансформатор является повышающим, если коэффициент трансформации его:

А) равен единице;

Б) меньше единицы;

В) больше единицы.

3. Сердечник трансформатора набран из отдельных изолированных пластин для:

А) экономии материала;

Б) уменьшения рассеяния магнитного потока;

В) уменьшения вихревых токов.

4. Каково соотношение между напряжением и числом витков в обмотках трансформатора?

5. Первичная катушка трансформатора – это та, что:

А) соединена с потребителем;

Б) соединена с источником;

Правильные ответы:

1 – В, 2 – Б, 3 – В, 4 – А, 5 – Б.

4. Решение задач.

1. Понижающий трансформатор со 110 витками во вторичной обмотке понижает напряжение от 22 000 В до 110 В. Сколько витков в его первичной обмотке?

2. Первичная обмотка повышающего трансформатора содержит 100 витков, а вторичная — 1000. Напряжение в первичной цепи 120 В. Каково напряжение во вторичной цепи, если потерь энергии нет?

3. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 300 витков, включен в сеть напряжением 220 В. Во вторичную цепь трансформатора, имеющую 165 витков, включен резистор сопротивлением 50 Ом. Найдите силу тока во вторичной цепи, если падение напряжения на ней равно 50 В.

4. Понижающий трансформатор дает ток 20 А при напряжении 120 В. Первичное напряжение равно 22000 В. Чему равны ток в первичной обмотке, а также входная и выходная мощности трансформатора, если его КПД равен 90%?

5. Повышающий трансформатор создает во вторичной цепи ток 2 А при напряжении 2200 В. Напряжение в первичной обмотке равно 110 В. Чему равен ток в первичной обмотке, а также входная и выходная мощности трансформатора, если потерь энергии в нем нет?

6. Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации 8 включена в сеть напряжением 200 В. Сопротивление вторичной обмотки 2 Ом, ток во вторичной обмотке трансформатора 3 А. Определите падение напряжения на зажимах вторичной обмотки. Потерями в первичной обмотке пренебречь.

5. Вопросы.

1. Почему на трансформаторной будке написано “Осторожно опасно!”. “Не влезай – убьет!”

2. Какой там трансформатор?

3. Первый трансформатор был изобретен в 1878 году. Это было 134 года тому назад. Чем он заслужил наше внимание? Чем он так хорош?

6. Подведение итогов.

Мы сегодня повторили тему “Трансформатор”. Я надеюсь, что вы поняли роль трансформатора в жизненной деятельности человека.

7. Домашнее задание. Параграф 39, задания на листе.

Домашнее задание по теме “Трансформатор”

Вариант 1

1. На каком физическом явлении основана работа трансформатора?

А. Магнитное действие тока.

Б. Электромагнитная индукция.

В. Тепловое действие тока.

2. Как изменится сила тока в первичной обмотке трансформатора при убывании силы тока в его вторичной обмотке?

Г. Ответ неоднозначен.

3. Напряжение на зажимах вторичной обмотки понижающего трансформатора 60 В, сила тока во вторичной цепи 40 А. Первичная обмотка включена в цепь с напряжением 240 В. Найдите силу тока в первичной обмотке трансформатора.

4. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть переменного тока с напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20 В, ее сопротивление 1 Ом, ток в ней 2 А. Найдите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

Домашнее задание по теме “Трансформатор”

Вариант 2

1. Число витков в первичной обмотке трансформатора в 2 раза меньше числа витков во вторичной обмотке. На первичную обмотку подали напряжение U. Чему равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора?

2. Во сколько раз изменяются потери энергии в линии электропередачи, если на понижающую подстанцию будет подаваться напряжение 10 кВ вместо 100 кВ при условии передачи одинаковой мощности?

А. Увеличится в 10 раз.

Б. Уменьшится в 100 раз.

В. Увеличится в 100 раз.

3. Трансформатор имеет коэффициент трансформации 20. Напряжение на первичной обмотке 120 В. Определите напряжение на вторичной обмотке и число витков в ней, если первичная обмотка имеет 200 витков.

4. Первичная обмотка трансформатора имеет 2400 витков. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка, чтобы при напряжении на зажимах 11 В передавать во внешнюю цепь мощность 22 Вт? Сопротивление вторичной обмотки 0,2 Ом. Напряжение в сети 380 В.

Домашнее задание по теме “Трансформатор”

Вариант 3

1. Как изменится сила тока в первичной обмотке трансформатора при возрастании силы тока в его вторичной обмотке?

Г. Ответ неоднозначен.

2. Какой ток можно подавать на обмотку трансформатора?

А. Только переменный.

Б. Только постоянный.

В. Переменный и постоянный.

3. Трансформатор повышает напряжение с 220 В до 1,1 кВ и содержит 700 витков в первичной обмотке. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков во вторичной обмотке? В какой обмотке провод большего сечения?

4. Первичная обмотка трансформатора с коэффициентом трансформации, равным 8, включена в сеть с напряжением 220 В. Сопротивление вторичной обмотки 2 Ом, сила тока во вторичной обмотке трансформатора 3 А. Определите напряжение на зажимах вторичной обмотки. Потерями в первичной обмотке пренебречь.

Подробный конспект урока по теме “Трансформаторы” для 11 класс. Содержание урока: объяснение нового материала с демонстрациями, практическая часть по определению коэффициента трансформации и типа транвформатора, первичная проверка знаний (тест).

Цель: к концу урока учащиеся должен знать назначение, устройство, принцип действия и основные характеристики трансформатора.

способствовать формированию представления о преобразовании переменного напряжения, познакомить с назначением, устройством, принципом действия трансформатора, создать условия для изучения характеристик трансформатора;

способствовать развитию познавательного интереса к предмету на основных достижениях науки и техники; умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы;

способствовать формированию научного мировоззрения, ответственного отношения к учению, содействовать воспитанию усидчивости, аккуратности при выполнении заданий.

Тип урока: урок изучения новых знаний.

Демонстрации: работа трансформатора с нагрузкой, устройство трансформатора, звук работающего трансформатора.

1.Оргмомент. Приветствие, проверка отсутствующих.

2.Проверка выполнения домашнего задания – § , упр. ( )

3.Актуализация опорных знаний. ( слайд 1)

Что мы уже знаем о переменном токе? ( Выслушать ответы обучающихся)

Уже второй век человечество использует электрический ток в промышленных масштабах. И все эти годы используется в основном переменный ток. В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий свое направление 100-120 раз в секунду. В Беларуси частота переменного тока 50 Гц.

-Какое напряжение у нас в домах?

-Какое напряжение в линии электропередач между городами?

-Каким образом понижают напряжение для использования его в домах и на

-Можно ли включить лампочку рассчитанную на напряжение 6В в электрическую

Разные потребители электрического тока рассчитаны на разные напряжения. Так, большинство электробытовых приборов рассчитано на напряжение 127 и 220 В, промышленные электродвигатели на 220, 360 и 600 В.
ЭДС генераторов электростанций довольно велика. При передаче электроэнергии используется напряжение в сотни киловатт. Например, электрогенераторы гидроэлектростанций или теплоэлектростанций вырабатывают ток напряжением 10–20 кВ. Но по проводам выгодно передавать ток напряжением 100–1000 кВ. Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности ( при неизменной частоте тока), осуществляется с помощью трансформаторов.

4.Физкультминутка.

5.Изложение нового материала. ( в тетради записываем число, тему урока)

Какая цель на уроке?

Что для этого мы должны выполнить? Какие задачи решить? Что должны узнать ? Что вас интересует?

-познакомиться с определением трансформатора

-изучить принцип действия

-применить знания на практике.

Трансформатор (от лат. transformo – преобразую) – это устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Трансформатор был изобретён в 1876 г. П.Н.Яблочковым.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками с различным числом витков N₁ и N2.

Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Объяснение принципа действия трансформатора ( слайд )

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле, создаваемое переменным током в первичной обмотке, практически без потерь пронизывает витки вторичной обмотки. А это значит:

E₁ = E₂ = ₌

Трансформатор имеет три режима работы:

– режим холостого хода

– режим короткого замыкания. Демонстрация опыта

Режим холостого хода – это режим с разомкнутой вторичной обмоткой.

ЭДС первичной обмотки – это U₁

ЭДС вторичной обмотки приблизительно равно U₂ . Значит

Величина К называется коэффициентом трансформации. Он равен отношению числа витков первичной катушки к числу витков вторичной катушки или отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора. При К 1 трансформатор является понижающим, а при К

Рабочим ходом трансформатора называется режим, когда во вторичную обмотку включена какая – либо нагрузка. Демонстрация опыта с лампочкой

Режим короткого замыкания – это режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен, т.к. сила тока во вторичной обмотке максимальна и происходит электрическая и тепловая перегрузки системы.

Несмотря на достаточно высокий КПД при работе трансформатора имеются потери. С чем связаны они и как с ними бороться предлагаю узнать самостоятельно, поработав с материалом на стр.63 учебника и заполнив таблицу.

Читайте также:

  

• Изменяемые и неизменяемые слова их употребление в речи 3 класс школа россии конспект и презентация

  

• Техническая эстетика изделий конспект урока

  

• Ветвление конспект 9 класс

  

• Легенды о небесных светилах и явлениях природы конспект урока

  

• Приготовление супов для лечебного питания конспект