Трансформаторы и передача энергии на расстояние

Реферат ученика 11-Г класса гимназии № 3 Недашковского Кирилла

г. Днепропетровск

Трансформатор

Вы приобрели холодильник ЗИЛ. Продавец вас предупредил, что холодильник рассчитан на напряжение в сети 220 В. А у вас в доме сетевое напряжение 127 В. Безвыходное положение? Ничуть. Просто придется сделать дополнительную затрату и приобрести трансформатор. Трансформатор — очень простое устройство, которое позволяет как повышать, так и понижать напряжение. Преобразование переменного тока осуществляется с помощью трансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П. Н. Яблочковым для питания изобретенных им «электрических свечей» — нового в то время источника света. Идея П. Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И. Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованные трансформаторы.

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). 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. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками приведена на рисунке 2,

Рис.1 Рис.2

а принятое для него условное обозначение — на рис. 3.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает э.д.с. индукции в каждой обмотке. Причем мгновенное значение э.д.с. индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой

е = - Δ Ф/ Δt.

Если Ф = Ф₀ соsωt, то

е = ω Ф₀ sinωt, или

е = E₀ sinωt ,

где E₀ = ω Ф₀ - амплитуда э.д.с. в одном витке.

В первичной обмотке, имеющей п₁ витков, полная э.д.с. индукции e₁ равна п₁ е.

Во вторичной обмотке полная э.д.с. е₂ равна п₂ е, где п₂ - число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

e_1/ е_{2 =} п_1/ п₂ . (1)

Сумма напряжения u₁ , приложенного к первичной обмотке, и э.д.с. e₁ должна равняться падению напряжения в первичной обмотке:

u₁ + e₁ = i₁ R₁ , где R₁ - активное сопротивление обмотки, а i₁ - сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i₁ R₁ можно пренебречь. Поэтому

u₁ ≈ - e₁ . (2)

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение

u₂ ≈ - e₂ . (3)

Так как мгновенные значения э.д.с. e₁ и e₂ изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением действующих значений E₁ и E₂ этих э.д.с. или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U₁ и U₂ .

U₁ /U₂ = E₁ /E₂ = n₁ / n₂ = k. (4)

Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k>1, то трансформатор является понижающим, при k<1 - повышающим.

При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u₂ ≈ - e₂ уже не выполняется точно, и соответственно связь между U₁ и U₂ становится более сложной, чем в уравнении (4).

Согласно закону сохранения энергии мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи:

U₁ I₁ = U₂ I_2, (5)

где I₁ и I₂ — действующие значения силы в первичной и вторичной обмотках.

Отсюда следует, что

U₁ /U₂ = I₁ /I₂ . (6)

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Вследствие неизбежных потерь энергии на выделение тепла в обмотках и железном сердечнике уравнения (5) и (6) выполняются приближенно. Однако в современных мощных трансформаторах суммарные потери не превышают 2—3%.

В житейской практике часто приходится иметь дело с трансформаторами. Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей из-за того, что промышленные приборы рассчитаны на одно напряжение, а в городской сети используется другое, — кроме них приходится иметь дело с бобинами автомобиля. Бобина — это повышающий трансформатор. Для создания искры, поджигающей рабочую смесь, требуется высокое напряжение, которое мы и получаем от аккумулятора автомобиля, предварительно превратив постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью прерывателя. Нетрудно сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора, при повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот.

Для сварочных аппаратов требуются понижающие т

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать