Презентация "Трансформатор"

Генерирование электрической энергии. Трансформатор.

Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей?

А. Мицкевич

Как вы думаете, какой теме будет посвящен сегодняшний урок?

Преимущества электроэнергии перед всеми другими видами энергии

• Ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями
• Удобно распределять между потребителями
• С помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света и т. д.

Электрический ток

Постоянный

Переменный

• Переменным  называется  ток , периодически изменяющийся со временем.

Генераторы  — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую .

электростатические

Гальванические

машины

элементы

солнечные

батареи

термобатареи

Область применения различных генераторов различна и определяется их характеристиками:

электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но они не способны создать в цепи сколько-нибудь значимую силу тока.

Гальванические же элементы наоборот могут дать большой ток, но продолжительность их невелика.

В современной энергетике применяют индукционные генераторы переменного тока, в которых используется явление электромагнитной индукции. Такие генераторы позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

∼

Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций.

Статор промышленного генератора  представляет собой стальную станину цилиндрической формы ( станина  — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и прочее). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые укладывается  толстый медный провод . Именно в них и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизывающего их магнитного потока. Магнитное поле создается  ротором .

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

Ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар магнитных полюсов. 

Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора .

Электрическую энергию производят на  электростанциях

Но ее каким-то образом надо передать потребителям, часто находящимся очень далеко от станции. Для этого между станцией и потребителем строят  линии электропередач.

Схемa передачи электроэнергии

от электростанции к потребителю

Высоковольтная линия

передачи электроэнергии

Низковольтная

линия

Электростанция

Потребитель

Подстанция.

Повышающий трансформатор

Понижающий

трансформатор

Подстанция.

Понижающий трансформатор

Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше энергии тратится на нагревание проводов и тем меньше доходит до потребителя.

Закон Джоуля-Ленца

Уменьшение потерь

Уменьшения силы тока

в проводах

Уменьшение

сопротивления проводов

Увеличение напряжение

Уменьшение

Увеличение

удельного

площади

сопротивления

сечения

Переменный ток, его напряжение

и силу можно в очень широких пределах преобразовывать почти без потерь энергии, то есть трансформировать.

500 кВ

750 кВ

Волжская ГЭС

Саяно-Шушенская ГЭС

15,75 кВ

13,8 кВ

Москва

Высоковольтная

линия электропередач

Понижающий

Повышающий

трансформатор

трансформатор

∼

∼

Потребитель

Генератор

Трансформатор  — устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

П. Н. Яблочков

26. 09. 1847 — 31. 03. 1894

Павел Николаевич Яблочков

( 14 (26) сентября   1847 - 19 (31) марта   1894  )(46 лет)

получил мировую известность как изобретатель конструкции электрической свечи – предшественницы современной лампы накаливания . Свеча Яблочкова представляла собой два стержня, разделённых изоляционной прокладкой из каолина. Каждый из стержней зажимался в отдельной клемме подсвечника. На верхних концах зажигался дуговой разряд, и пламя дуги ярко светило, постепенно сжигая угли и испаряя изоляционный материал. Каждая свеча горела полтора часа; по истечении этого времени приходилось вставлять в фонарь новую свечу (впоследствии были придуманы фонари с автоматической заменой свечей). 15 апреля 1876 года в Лондоне открылась выставка физических приборов, на которой Яблочков представил четыре своих свечи. Успех «свечи Яблочкова» превзошёл все ожидания. Мировая печать, особенно французская, английская, немецкая, пестрела заголовками: «Вы должны видеть свечу Яблочкова»; «Изобретение русского отставного военного инженера Яблочкова — новая эра в технике»; «Свет приходит к нам с Севера — из России»; «Северный свет, русский свет, — чудо нашего времени»; «Россия — родина электричества» и т. д. С марта 1876 по октябрь 1877 — он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий – в том числе, и первый генератор переменного тока, и первый в мире трансформатор переменного тока – именно за это изобретение сегодня и почитают Яблочкова.

  В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий свое направление 100-120 раз в секунду. В России частота переменного тока 50 Гц.

Колебания  маятника  также подчиняются закону  синуса . Если записать проекцию траектории движения математического маятника  на движущуюся бумажную ленту — получится  синусоида .

Трансформатор состоит

из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин,

на который надеты две катушки

с проволочными обмотками.

Условное обозначение

трансформатора

Принцип действия трансформатора

Вторичная обмотка

Первичная обмотка

Магнитный

поток

Вторичный ток

Первичный ток

Первичное

напряжение

Вторичное

напряжение

Устройство трансформатора

Принцип действия трансформатора

Вторичная обмотка

Первичная обмотка

Магнитный

поток

Вторичный ток

Первичный ток

Первичное

напряжение

Вторичное

напряжение

Обычно активное

сопротивление обмоток трансформатора мало,

и им можно пренебречь.

Переменный электрический ток,

текущий по первичной обмотке,

создаёт вокруг неё

переменное магнитное поле,

пересекающее витки

вторичной обмотки трансформатора,

возбуждая в ней переменную

электродвижущую силу.

Первичная обмотка

Вторичная обмотка

Магнитный

поток

Принцип действия трансформатора

Первичная обмотка

Вторичная обмотка

Магнитный

поток

Вторичный ток

Первичный ток

Первичное

напряжение

Вторичное

напряжение

– коэффициент трансформации.

Принцип действия трансформатора

Первичная обмотка

Вторичная обмотка

Магнитный

поток

Вторичный ток

Первичный ток

Первичное

напряжение

Вторичное

напряжение

Повышающий трансформатор

Понижающий трансформатор

Работа нагруженного трансформатора

Отдача электроэнергии в цепь, присоединённую ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой.

Применение трансформатора

Применение трансформатора

Меры, принимаемые для уменьшения

потерь энергии в трансформаторе

• Сердечник делают замкнутым
• Обмотка низкого напряжения делается большего сечения
• Сердечник делают из изолированных пластин

Коэффициент полезного действия современных трансформаторов достигает 95 — 99%, а сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к нулю.

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции:

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке . Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Е 1  = Е 2

Потери энергии при работе трансформатора:

• на нагревание обмоток;
• на рассеивание магнитного потока в пространство;
• на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание.

Меры, принимаемые для уменьшения потерь:

• обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы;
• сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока;
• сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи.

Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов

достигает 95-99%.

Трансформатор преобразует

переменный электрический ток

таким образом, что произведение

силы тока на напряжение

приблизительно одинаково

в первичной и вторичной обмотках.

Для высоковольтных линий электропередач применяются силовые трансформаторы

с масляным охлаждением

напряжением 330, 500 и 750 киловольт,

мощностью до 1200 – 1600 мегавольт-ампер.

Задача. Сила тока в первичной обмотке трансформатора 0,6 A , напряжение на её концах 120 В . Сила тока во вторичной обмотке 4,8 А , напряжение 12 В .

Рассчитать КПД трансформатора.

Решение:

Дано:

Найти: η = ?

Задача. Сколько витков содержится во вторичной обмотке трансформатора, понижающего напряжение с 120 В до 30 В , если в его первичной обмотке 200 витков ?

Решение:

Дано: