Вопрос 21!

Трансформатор. Передача и распределение электроэнергии.

Трансформатор – прибор для преобразования напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Впервые трансформаторы были использованы в 1878 году русским учёным Яблочковым для питания изобретённых им “электрических свечей” – нового в то время источника света.

Трансформатор состоят из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют “нагрузку”, т.е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

е = Ем sin wt – ЭДС в витке (в одном).

е1 = еN1 – ЭДС в первичной обмотке.

е2 = еN2 – ЭДС во вторичной обмотке.

R – мало.

е1 ~ U1. “Холостой ход”- I2 = 0

е2 = U2.

U1/ U2 = e1/ e2 = N1/ N2 = k

k – коэффициент трансформации.

Если:

а) k>1 (U1>U2) – трансформатор понижающий.

б) k<1 (U1<U2) – трансформатор повышающий.

Рабочий режим трансформатора – I2 = 0.

При работе нагруженного трансформатора автоматически повышается сила тока в первичной обмотке.I1U1~I2U2 или U1/ U2 = I2/ I1.

Передача энергии связана с заметными потерями, т.к. электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля – Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой: Q = I^2Rt, где R – сопротивление линии. При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии практически весьма трудно. Поэтому приходится уменьшать силу тока. Т.К. мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16-29 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока.

Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электрическую сеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность сгладить ”пиковые” нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям вне зависимости от места их расположения.