Трансформатор

Трансформатор

Преобразует переменный ток: изменяются напряжение и сила тока, не изменяются мощность и частота I₂.

Изобрел в1878 г.—П. Н. Яблочков. В 1882 г.—И. Ф. Усагин усовер­шенствовал. Первые высокочастотные трансформаторы - Н. Тесла в 1891 г.

Устройство

1. Замкнутый сердечник (магнитопровод): набор пластин из трансформаторной стали.
2. Две обмотки: первичная (к генератору) и вторичная (к нагрузке).

Принцип действия основан на законе электромагнитной ин­дукции.

1.Работа в режиме холостого хода, т. е. без нагрузки.

В этом выводе:

е - мгновенное значение ЭДС;

Е - амплитудное значение

                      ЭДС;

k - коэффициент

трансформации.

 -  Ф и e сдвинуты по фазе на ,  .

,

Эффект трансформации возникает из-за неодинакового количества витков в первичной и вторичной обмотках!

k>1 - понижающий

k<1 - повышающий

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

2. Работа под нагрузкой.

При включении во вторичную цепь нагрузки R в ней возникает ток I₂ той же частоты, что и ток I₁. Напряжение во вторичной цепи . Т.к. участки нагрузки присоединяются ко вторичной обмотке трансформатора параллельно, то при увеличении нагрузки сопротивление уменьшается, а сила тока согласно закону Ома увеличивается. Значит, напряжение на нагрузке уменьшается.

Магнитное поле тока I₂ приводит к размагничиванию катушки, ее индуктивное сопротивление уменьшается, следовательно, при неизменном напряжении в первичной обмотке сила тока в ней увеличивается.

Потери энергии в трансформаторе.

Потери энергии в трансформаторе складываются из:

- потерь на нагревание обмоток; Поэтому обмотки делаются из меди.

- потерь на нагревание сердечника; Поэтому сердечник делается наборным, все пластины изолированы.

- потери на перемагничивание сердечника; Сердечник выполняется из мягкой трансформаторной стали.

При правильной конструкции КПД трансформатора 97—99%. Чем больше мощность, тем больше КПД.

КПД  η  97—99%.

Производство электроэнергии.

Осуществляется производство в основном с помощью элект­ромеханических индукционных генераторов.

Электростанции: тепловые (ТЭЦ) и гидроэлектрические (ГЭС), атомные (АЭС). Существуют также приливные, ветровые.

Источники энергии ТЭЦ: уголь, газ, мазут, сланцы, торф.

ГЭС используют потенциальную энергию воды.

Атомные электростанции – тепловые станции, но использующие вместо энергии сгорающего органического топлива энергию распада атомов.

1- генератор переменного тока;

2- повышающие трансформаторы;

3-линия электропередачи (ЛЭП);

4, 5, 6, 7—понижающие трансформаторы

Потери энергии в линии

Теплота, выделяемая током на ЛЭП, .

Сопротивление ЛЭП .

Мощность в цепи переменного тока .

Следовательно:  и 

Из этой формулы видно, что для уменьшения Q нужно либо увеличить S, что экономически невыгодно, либо увеличить напряже­ние. Используются повышающие трансформаторы.

Использование электроэнергии

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