Школа / ОК-8 Трансформатор

ОК-8 Трансформатор

Преобразует переменный ток: U↑I↓, U↓I↑, P и ν не изменяются. 1878 г. — П.Н. Яблочков. 1882 г. — И.Ф. Усагин усовершенствовал.

Устройство

1. Замкнутый сердечник (магнитопровод): набор пластин из трансформаторной стали.

2. Две обмотки: первичная и вторичная.

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

Принцип действия на холостом ходу, т. е. без R_н, Φ = Φ₀cosωt,

e = E₀sinωt, Ф и е сдвинуты по фазе на π/2, E₀ = ωФ,

, , , , .

В этом выводе:

е — мгновенное значение ЭДС; Е — амплитудное значение ЭДС; k — коэффициент трансформации.

Если k>1, то трансформатор понижает U, если k<1, трансформатор повышает U.

При холостом ходе трансформатор потребляет из сети небольшую энергию, которая затрачивается на перемагничивание его сердечника.

Принцип действия при R_н

Включим во вторичную цепь нагрузку сопротивлением R_н. По вторичной цепи течет переменный ток I₂ той же частоты, что и ток I₁. Возникает ЭДС индукции E₂. Во вторичной катушке снижается напряжение U₂, так как U₂ = E₂−I₂r₂.

По правилу Ленца уменьшается эффективное значение магнитного потока Ф.

Уменьшение магнитного потока Ф₁, в первичной катушке приводит к уменьшению E₁, (Ф₁ = Ф₂), что при постоянстве U₁, вызывает увеличение I₁, в первичной цепи.

Устанавливаются определенные Ф₂, E₂, I₂ во вторичной цепи, а также I₁ в первичной цепи.

Так как , то .

В связи с тем что КПД трансформатора близок к 1, то Р₁≈Р₂. Отсюда I₁U₁≈I₂U₂. Следовательно, . При повышении U₂ токи I₁ и I₂ уменьшаются. КПД 97–99%. Чем >Р, тем >КПД.

Таким образом, , или , где Р — мощность на R_н; P_N — потери в медной обмотке; P_C — потери в стальном сердечнике.

Производство электроэнергии

Осуществляется производство в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.

Электростанции: тепловые ТЭЦ и гидроэлектрические ГЭС, атомные АЭС. Источники энергии — ТЭЦ (уголь, газ, мазут, сланцы).

Энергия топлива

→

Внутренняя энергия пара

→

Механическая(кинетическая) энергия турбин

→

Электрическая энергия

ГЭС (потенциальная энергия воды).

Механическая энергия воды

→

Кинетическая энергия турбины

→

Электрическая энергия

Передача электрической энергии

1 — генератор переменного тока;2 — повышающие трансформаторы;

3 — линия электропередачи (ЛЭП);4, 5, 6, 7 — понижающие трансформаторы.

Теплота, выделяемая током на ЛЭП, Q = I²Rt. Сопротивление ЛЭП .

Объединив формулы, получим .

Из этой формулы видно, что для уменьшения Q нужно либо увеличить S, что экономически невыгодно, либо уменьшить силу тока I. Для уменьшения силы тока нужно увеличить напряжение. Используются повышающие трансформаторы.

Использование электроэнергии

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая часть электроэнергии превращается в механическую, 1/3 — технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т. п.).