1. Презентация на темуПрезентация на тему
Трансформатор. ПередачаТрансформатор. Передача
электрической энергии наэлектрической энергии на
расстояние.расстояние.
2. Назначение трансформаторовНазначение трансформаторов
Преобразование переменного тока, приПреобразование переменного тока, при
котором напряжение увеличиваетсякотором напряжение увеличивается
или уменьшается в несколько разили уменьшается в несколько раз
практически без потери мощности,практически без потери мощности,
осуществляется с помощьюосуществляется с помощью
трансформаторов.трансформаторов.
Впервые трансформаторы былиВпервые трансформаторы были
использованы в 1878 г. русским ученымиспользованы в 1878 г. русским ученым
П. Н. Яблочковым для питанияП. Н. Яблочковым для питания
изобретенных им электрических свечейизобретенных им электрических свечей
– нового в то время источника света.– нового в то время источника света.
3. Устройство трансформатораУстройство трансформатора
Трансформатор состоит из замкнутогоТрансформатор состоит из замкнутого
стального сердечника, собранного изстального сердечника, собранного из
пластин, на который надеты двепластин, на который надеты две
(иногда и более) катушки с(иногда и более) катушки с
проволочными обмотками.проволочными обмотками.
4. Одна из обмоток, называемаяОдна из обмоток, называемая
первичной, подключается к источникупервичной, подключается к источнику
переменного напряжения. Другаяпеременного напряжения. Другая
обмотка, к которой присоединяютобмотка, к которой присоединяют
нагрузку, т.е. приборы и устройства,нагрузку, т.е. приборы и устройства,
потребляющие электроэнергию,потребляющие электроэнергию,
называется вторичной.называется вторичной.
Условное обозначение трансформатораУсловное обозначение трансформатора
5. ТрансформаторТрансформатор
на холостом ходуна холостом ходу
Действие трансформатора основано наДействие трансформатора основано на
явлении электромагнитной индукции.явлении электромагнитной индукции.
При прохождении переменного тока поПри прохождении переменного тока по
первичной обмотке в сердечникепервичной обмотке в сердечнике
появляется переменный магнитныйпоявляется переменный магнитный
поток, который возбуждает ЭДСпоток, который возбуждает ЭДС
индукции в каждой обмотке.индукции в каждой обмотке.
6. Мгновенное значение ЭДС индукции e вМгновенное значение ЭДС индукции e в
любом витке первичной или вторичнойлюбом витке первичной или вторичной
обмотки одинаково. Согласно законуобмотки одинаково. Согласно закону
Фарадея оно определяется формулойФарадея оно определяется формулой
e = -Ф’,e = -Ф’,
где Ф’ – производная потока магнитнойгде Ф’ – производная потока магнитной
индукции по времени.индукции по времени.
7. Если Ф = Фm cos ωt, тоЕсли Ф = Фm cos ωt, то
Ф’ = -ωФm sin ωt.Ф’ = -ωФm sin ωt.
Следовательно,Следовательно,
e = ωФm sin ωt,e = ωФm sin ωt,
илиили
e = Εm sin ωt,e = Εm sin ωt,
где Εm = ωФm – амплитуда ЭДС вгде Εm = ωФm – амплитуда ЭДС в
одном витке.одном витке.
8. В первичной обмотке, имеющей N1В первичной обмотке, имеющей N1
витков, полная ЭДС индукции e1 равнавитков, полная ЭДС индукции e1 равна
N1e. Во вторичной обмотке полная ЭДСN1e. Во вторичной обмотке полная ЭДС
индукции e2 равна N2e (N2 – числоиндукции e2 равна N2e (N2 – число
витков этой обмотки). Отсюда следует,витков этой обмотки). Отсюда следует,
чточто
e1 N1e1 N1
e2 N2e2 N2
–– = – .= – .
9. Обычно активное сопротивлениеОбычно активное сопротивление
обмоток трансформатора мало, и имобмоток трансформатора мало, и им
можно пренебречь. В этом случаеможно пренебречь. В этом случае
модуль напряжения на зажимахмодуль напряжения на зажимах
катушки приблизительно равен модулюкатушки приблизительно равен модулю
ЭДС индукции.ЭДС индукции.
|u1| ≈ |e1|.|u1| ≈ |e1|.
При разомкнутой вторичной обмоткеПри разомкнутой вторичной обмотке
трансформатора ток в ней не течет итрансформатора ток в ней не течет и
имеет место соотношениеимеет место соотношение
|u2| = |e2|.|u2| = |e2|.
10. Мгновенные значения ЭДС e1 и e2Мгновенные значения ЭДС e1 и e2
изменяются синфазно, поэтому ихизменяются синфазно, поэтому их
отношение можно заменитьотношение можно заменить
отношением действующих знаний E1 иотношением действующих знаний E1 и
E2 этих ЭДС или, учитывая равенства |E2 этих ЭДС или, учитывая равенства |
u1| ≈ |e1| и |u2| = |e2|, отношениемu1| ≈ |e1| и |u2| = |e2|, отношением
действующих значений напряжений U1действующих значений напряжений U1
и U2:и U2:
U1 E1 N1U1 E1 N1
U2 E2 N2U2 E2 N2
– ≈ –– ≈ – = – = K.= – = K.
11. Величина K называетсяВеличина K называется
коэффициентом трансформации. Прикоэффициентом трансформации. При
K > 1 трансформатор являетсяK > 1 трансформатор является
понижающим, а при K < 1 –понижающим, а при K < 1 –
повышающим.повышающим.
12. Работа нагруженногоРабота нагруженного
трансформаторатрансформатора
Если к концам вторичной обмоткиЕсли к концам вторичной обмотки
присоединить цепь, потребляющуюприсоединить цепь, потребляющую
электроэнергию, или, как говорят,электроэнергию, или, как говорят,
нагрузить трансформатор, то сила токанагрузить трансформатор, то сила тока
во вторичной обмотке уже не будетво вторичной обмотке уже не будет
равна нулю. Появившийся ток создает вравна нулю. Появившийся ток создает в
сердечнике свой переменныйсердечнике свой переменный
магнитный поток, который уменьшаетмагнитный поток, который уменьшает
изменения магнитного потока визменения магнитного потока в
сердечнике.сердечнике.
13. Но уменьшение амплитуды колебанийНо уменьшение амплитуды колебаний
результирующего магнитного потока должно,результирующего магнитного потока должно,
в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции вв свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в
первичной обмотке. Однако это невозможно,первичной обмотке. Однако это невозможно,
так как |u1| ≈ |e1|. Поэтому при замыканиитак как |u1| ≈ |e1|. Поэтому при замыкании
цепи вторичной обмотки автоматическицепи вторичной обмотки автоматически
увеличивается сила тока в первичнойувеличивается сила тока в первичной
обмотке. Его амплитуда возрастает такимобмотке. Его амплитуда возрастает таким
образом, чтобы восстановить прежнееобразом, чтобы восстановить прежнее
значение амплитуды колебанийзначение амплитуды колебаний
результирующего магнитного потока.результирующего магнитного потока.
14. Увеличение силы тока в цепиУвеличение силы тока в цепи
первичной обмотки происходит впервичной обмотки происходит в
соответствии с законом сохранениясоответствии с законом сохранения
энергии: отдача электроэнергии в цепь,энергии: отдача электроэнергии в цепь,
присоединенную ко вторичной обмоткеприсоединенную ко вторичной обмотке
трансформатора, сопровождаетсятрансформатора, сопровождается
потреблением от сети такой же энергиипотреблением от сети такой же энергии
первичной обмоткой. Мощность впервичной обмоткой. Мощность в
первичной цепи при нагрузкепервичной цепи при нагрузке
трансформатора, близкой ктрансформатора, близкой к
номинальной, приблизительно равнаноминальной, приблизительно равна
мощности во вторичной цепи:мощности во вторичной цепи:
U1I1 ≈ U2I2,U1I1 ≈ U2I2,
U1 I2U1 I2
U2 I1U2 I1
– ≈ –– ≈ – ..
15. Это означает, что, повышая с помощьюЭто означает, что, повышая с помощью
трансформатора напряжение втрансформатора напряжение в
несколько раз, мы во столько же разнесколько раз, мы во столько же раз
уменьшаем силу тока (и наоборот).уменьшаем силу тока (и наоборот).
16. Передача электроэнергииПередача электроэнергии
Потребители электроэнергии имеютсяПотребители электроэнергии имеются
повсюду. Производится же она вповсюду. Производится же она в
сравнительно немногих местах, близкихсравнительно немногих местах, близких
к источникам топливо- и гидроресурсов.к источникам топливо- и гидроресурсов.
Электроэнергию не удаетсяЭлектроэнергию не удается
консервировать в больших масштабах.консервировать в больших масштабах.
Она должна быть потреблена сразу жеОна должна быть потреблена сразу же
после получения. Поэтому возникаетпосле получения. Поэтому возникает
необходимость в передаченеобходимость в передаче
электроэнергии на большиеэлектроэнергии на большие
расстояния.расстояния.
17. Передача энергии связана с заметнымиПередача энергии связана с заметными
потерями. Дело в том, чтопотерями. Дело в том, что
электрический ток нагревает проводаэлектрический ток нагревает провода
линий электропередачи. В соответствиилиний электропередачи. В соответствии
с законом Джоуля-Ленца энергия,с законом Джоуля-Ленца энергия,
расходуемая на нагрев проводоврасходуемая на нагрев проводов
линии, определяется формулойлинии, определяется формулой
Q = I2Rt,Q = I2Rt,
где R – сопротивление линии.где R – сопротивление линии.
18. При очень большой длине линииПри очень большой длине линии
передача энергии может статьпередача энергии может стать
экономически невыгодной. Значительноэкономически невыгодной. Значительно
снизить сопротивление линииснизить сопротивление линии
практически весьма трудно. Поэтомупрактически весьма трудно. Поэтому
приходится уменьшать силу тока.приходится уменьшать силу тока.
19. Так как мощность токаТак как мощность тока
пропорциональна произведению силыпропорциональна произведению силы
тока на напряжение, то для сохранениятока на напряжение, то для сохранения
передаваемой мощности нужнопередаваемой мощности нужно
повысить напряжение в линииповысить напряжение в линии
передачи. Чем длиннее линияпередачи. Чем длиннее линия
передачи, тем выгоднее использоватьпередачи, тем выгоднее использовать
более высокое напряжение. Так, вболее высокое напряжение. Так, в
высоковольтной линии передачивысоковольтной линии передачи
Волжская ГЭС – Москва и некоторыхВолжская ГЭС – Москва и некоторых
других используют напряжение 500 кВ.других используют напряжение 500 кВ.
Между тем генераторы переменногоМежду тем генераторы переменного
тока строят на напряжения, нетока строят на напряжения, не
превышающие 16-20 кВ.превышающие 16-20 кВ.
20. Более высокое напряжениеБолее высокое напряжение
потребовало бы принятия сложныхпотребовало бы принятия сложных
специальных мер для изоляцииспециальных мер для изоляции
обмоток и других частей генераторов.обмоток и других частей генераторов.
Поэтому на крупных электростанцияхПоэтому на крупных электростанциях
ставят повышающие трансформаторы.ставят повышающие трансформаторы.
Для непосредственного использованияДля непосредственного использования
электроэнергии в двигателяхэлектроэнергии в двигателях
электропривода станков, вэлектропривода станков, в
осветительной сети и для других целейосветительной сети и для других целей
напряжение на концах линии нужнонапряжение на концах линии нужно
понизить. Это достигается с помощьюпонизить. Это достигается с помощью
понижающих трансформаторов.понижающих трансформаторов.
21. Обычно понижениеОбычно понижение
напряжения инапряжения и
соответственносоответственно
увеличение силыувеличение силы
тока происходят втока происходят в
несколько этапов.несколько этапов.
На каждом этапеНа каждом этапе
напряжениенапряжение
становится всестановится все
меньше, аменьше, а
территория,территория,
охватываемаяохватываемая
электрическойэлектрической
сетью, - все шире.сетью, - все шире.
Повышающий
трансформатор
Понижающий
трансформатор
Понижающий
трансформатор
Понижающий
трансформатор
11 кВ11 кВ
110 кВ110 кВ
35 кВ35 кВ
6 кВ6 кВ
ГенераторГенератор
ЛинияЛиния
передачипередачи
ЛинияЛиния
передачипередачи
ЛинияЛиния
передачипередачи
К потребителюК потребителю
6 кВ6 кВ6 кВ6 кВ
35 кВ35 кВ 35 кВ35 кВ
220 В220 В 220 В220 В
220 В220 В 220 В220 В
Схема передачи и распределения электроэнергииСхема передачи и распределения электроэнергии
22. При очень высоком напряжении междуПри очень высоком напряжении между
проводами начинается разряд,проводами начинается разряд,
приводящий к потерям энергии.приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменногоДопустимая амплитуда переменного
напряжения должна быть такой, чтобынапряжения должна быть такой, чтобы
при заданной площади поперечногопри заданной площади поперечного
сечения провода потери энергиисечения провода потери энергии
вследствие разряда быливследствие разряда были
незначительными.незначительными.
