هدف آزمایش

آشنایی با ساختمان ، طرز کار و کاربردهای ترانسفورماتور

تئوری آزمایش

ترانسفورماتور (مبدل) دستگاهی که برای تغییر ولتاژ بکار می‌رود و در حقیقت انرژی الکتریکی را با فشار الکتریکی معینی دریافت می‌کند و با فشار کمتر یا بیشتر تحویل می‌دهد. ترانسفورماتور تشکیل شده است از یک هسته آهنی که دو سیم پیچ با دورهای مختلف روی آن پیچیده شده‌اند. سیم پیچی که انرژی را دریافت می‌دارد و دیگری که انرژی را تحویل می‌دهد، ثانویه نام دارد. ممکن است هسته به صورت قاب مستطیل شکلی باشد و اولیه در یک طرف آن و ثانویه در طرف دیگر آن پیچیده شود. سیم پیچ اولیه و ثانویه را به ترتیب با p و s و تعداد دورهای آن را n₁ و n₂ نشان می‌دهیم.

هنگامی که جریان متناوبی به دو سر اولیه وصل شود، یک شار مغناطیسی متناوب در هسته آهنی بوجود می‌آید و این شار مغناطیسی متغیر ، سیم پیچ اولیه را قطع می‌کند و نیروی محرکه القایی در آن بوجود می‌آید که در هر لحظه با نیروی محرکه اعمال شده معادل است. تغییرات شار مغناطیسی ، سیم پیچ ثانویه را نیز قطع کرده و در نتیجه یک نیروی محرکه القایی در دو سر سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند. همواره بین تعداد دورهای (حلقه های) سیم پیچ اولیه و ثانویه (n₁ و n₂) و اختلاف پتانسیل اولیه و ثانویه (V₁ و V₂) که متناسب با نیروی محرکه است، تقریبا رابطه زیر برقرار است:



در صورتی که تعداد سیم پیچهای ثانویه کمتر از اولیه باشد، ولتاژ کاهش می‌یابد و ترانسفورماتور را کاهنده گویند. موقعی که سیم پیچهای ثانویه بیشتر از اولیه باشد. ولتاژ افزایش می‌یابد، ترانسفورماتور افزاینده است.

وسایل آزمایش

هسته آهنی شامل ورقه‌های نعلی شکل و ورقه‌های کوتاه - سیم پیچ با دورهای مختلف (300 و 600 و 1200 دور) - ولت سنج (15 - 0) ولت متناوب - آمپرسنج - کیلد قطع و وصل - منبع تغذیه (0 - 6) ولت متناوب - سیمهای رابط.

روش آزمایش

هسته آهنی نعلی شکل ورقه‌ای را روی میز بطور قائم گذاشته و دو طرف آنرا دو سیم پیچ با تعداد دورهای مختلف قرار می‌دهند و جوشن آهنی ورقه‌ای روی آن می‌گذارند. یکی از سیم پیچها را به کلید و جریان متناوب مثلا شش ولت وصل نموده و ولت سنج مخصوص جریان متناوب را بطور انشعاب بین دو سر آن قرار می‌دهند. سیم پیچ ثانویه را می‌توان مستقیما به ولت سنج و متناوب دیگری وصل نموده و با برقراری جریان رابطه n₂/n₁ = V₂/V₁ را تحقیق نمود. با تغییر سیم پیچها می‌توان ترانسفورماتور افزاینده یا کاهنده ساخت.
انجام داده و پاسخ دهید.

• دو سیم پیچ را در مجاورت یکدیگر قرار دهید. دو سر سیم پیچ اولی را به جریان متناوب و دو سر سیم پیچ دومی را به گالوانومتری وصل کنید. آیا جریانی در سیم پیچ دومی موجود می‌آید؟ چرا؟ سیم پیچها را به یکدیگر دور و نزدیک کنید. در هر حالت چه اتفاقی می‌افتد؟ چرا؟
  
  
• دو سر ثانویه را به دو قطعه میله زغالی وصل کنید و در سر راه رئوستایی (مقاومت متغیر) قرار دهید، با تنظیم رئوستا و دور و نزدیک کردن زغالها ، قوس الکتریکی بوجود می‌آید. نور آن را مشاهده کنید.
  
  
• مدار ثانویه را به جریان حلقه فرو رفته مخصوص وصل کنید و داخل آن مقداری قلع بریزید، چه اتفاقی می‌افتد؟
  
  
• مدار اولیه را به جریان متناوبی وصل کنید و سیم پیچ ثانویه را بطور عمود بر آن قرار دهید.
  
  

آیا جریانی از مدار ثانویه عبور می‌کند؟ چرا؟

پرسش

1. چرا هسته و جوشن را از ورقه‌های آهنی عایق پوش شده می‌سازد؟
2. چرا جنس قاب را از آهن نرم انتخاب می‌کنند؟
3. علت بکار بردن جوشن چیست؟
4. چگونه می‌توان اتلاف انرژی به صورت حرارت را در سیم پیچها کم نمود؟
5. علت این که در مصارف شهری از جریان متناوب استفاده می‌شود، چیست؟
6. در چه مواردی از ترانسفورماتور کاهنده و در چه مواردی از ترانسفورماتور افزاینده استفاده می‌کنند؟

برای هر کدام نمونه‌ای بیان کنید.

همچنین ببینید

• آزمایش بررسی قانون آمپر
• آزمایش بررسی قانون اهم
• آزمایش بررسی قانون القای فاراده
• آزمایش بررسی قانون لنز
• ساختمان ترانسفورماتور
• نیروی محرکه الکتریکی