Генерирование электрической энергии трансформаторы 11 класс конспект урока и презентация

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Генерирование электрической энергии. Трансформаторы.

Цель: показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии; дать учащимся понятие о принципиальном устройстве промышленного генератора переменного тока; изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

Оборудование: модель генератора и трансформатора.

I Орг. Момент.

II Анализ контрольной работы

1. Применение электрической энергии в народном хозяйстве и быту. Преимущества электрической энергии перед другими видами энергии и преимущества переменного тока по сравнению с постоянным.

Преимущества перед другими видами энергий:

А). передавать на огромные расстояния с малыми потерями

Б) удобно распределять между потребителями

В) легко превращать в любые другие виды энергий: механическую, внутреннюю, энергию света и т. д.

Преимущество переменного тока перед постоянным: напряжение и силу тока можно преобразовывать почти без потерь энергии. Эти преобразования необходимы во многих устройствах, особенно при передачи на большие расстояния.

Поэтому познакомимся с устройствами, вырабатывающие электрический ток-генераторами и устройствами преобразующими его- трансформаторы.

2. Генератор

Генератор — устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энер гию (гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи).

Преобладающую роль в наше время играют электромеханиче ские индукционные генераторы переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют по лучать большие токи при достаточно высоком напряжении.

3. Устройство генератора переменного тока и его работа.

Генератор состоит: (слайд 3,4)

А) подвижная часть ротор.

Б) неподвижная часть статор.

Если ротор является электромагнитом, то он снабжается контактными кольцами и щётками-неподвижными пластинами, прижатыми к кольцам, осуществляющим связь обмотки ротора с внешней цепью. Через скользящие контакты к вращающемуся электромагниту подводится слабый ток, вырабатываемый отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

Это был рассмотрен первый тип генератора, когда электромагнит или магнит вращается, а обмотки, в которых возникает ток неподвижны. Существуют и другие типы генераторов, когда магнит или электромагнит неподвижен, а вращается обмотка, в которой возникает ток.

Показать модель. (слайд5)

Рассмотреть принцип действия генератора переменного тока по плакату Электродинамика № 8 или ( слайд 6 работа генератора 1)

Во вращающейся рамке, находящейся между полюсами магнита, возникает ЭДС индукции и появляется индукционный ток под действием силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Через скользящие контакты снимается ток во внешнюю цепь.

Показать ещё раз флеш анимацию работа генератора (Слайд6)

ЭДС определяется по формуле

N -число витков обмотки статора

n -частота вращения ротора

Связь частоты переменного тока ν, числом пар полюсов магнита р и частотой вращения ротора n

4. Назначение трансформатора

ЭДС мощных генераторов Электростанций довольно велика. На практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение.

Трансформатор – устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения. (слайд 7)

5. Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника (слайд8) , собранного из пластин, на который надеты две(иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток называется первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборов и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Условное обозначение смотри рисунок (слайд9)

Работа трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Режимы работы трансформатора (Слайд 10 )

А)Холостой ход (без нагрузки)

Этот режим имеет место при разомкнутой вторичной цепи.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.

Мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотках одинаково. Согласно закону Фарадея определяется формулой (слайд11)

- полная ЭДС первичной обмотки

- полная ЭДС вторичной обмотки

отсюда следует, что

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, поэтому им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции

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

Мгновенные значения ЭДС е можно заменить действующими Е

(слайд12,13,14)

Где k коэффициент трансформации

При k >1 трансформатор понижающий, k

Б) рабочий ход (под нагрузкой) (Слайд 15,16 )

Этот режим имеет место при замкнутой вторичной цепи. В этом случае трансформатор нагружен, т.е. подключены потребители.

На этом режиме мощность в первичной цепи приблизительно равна мощности во вторичной

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

IV Решение задач

986(976). Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Ка ков коэффициент трансформации? Сколько витков содержит ся во вторичной обмотке? В какой обмотке провод имеет боль шую площадь поперечного сечения?

987(977). Чтобы узнать, сколько витков содержится в первичной и вторичной обмотках трансформатора, на вторич ную катушку намотали 11 витков провода. При включении первичной обмотки в сеть напряжением 220 В вольтметр по казал, что на обмотке с 11 витками напряжение равно 4,4 В, а на вторичной обмотке — 12 В. Сколько витков в первичной и вторичной обмотках?

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Генерирование и производство электрической энергии. Трансформатор Тема урока №21

Ответить на вопросы: Какой ток называется переменным электрическим током? Какие вам известны источники тока? Что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление? Чему равна частота промышленного тока? Что это значит? В чем заключается явление резонанса в цепи переменного тока?

Самостоятельная работастр. 633, 636 1.вар№5. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 10 мкФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Найти амплитуду колебаний напряжения, если амплитуда колебаний силы тока 0,1 А. 2.вар.№8. Индуктивность катушки колебательного контура 0,5 мГн. Требуется настроить этот контур на частоту 1МГц. Какова должна быть емкость конденсатора в этом контуре? 3. Общая задача№948 Емкость конденсатора колебательного контура 1 мкФ, индуктивность катушки 0, 04 Гн, амплитуда колебаний напряжения 100В . В данный момент времени напряжение на конденсаторе 80 В. Найти максимальный ток, полную энергию , энергию электрического поля, энергию магнитного поля. Мгновенное значение силы тока .

Некоторые виды генераторов гальванические элементы электрофорная машина, топливные элементы, солнечные батареи - все они имеют недостатки.

Преимущества переменного тока Легко передавать на большие расстояния с малыми потерями. Удобно распределять по потребителям. Можно легко превратить в другие виды энергии: тепловую, механическую, световую.

Генератор -устройство, в котором постоянно гармонически меняется магнитный поток, при этом вырабатывается электрический ток. Простейший генератор переменного тока Основные части генератора: подвижная ротор ( проволочная рамка), неподвижная статор ( постоянный магнит)

Современный электромеханический индукционный генератор переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

Основную роль в выработке электроэнергии играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. Промышленный генератор переменного тока : ротор –вращающийся электромагнит, статор- неподвижные обмотки, в которых наводится ЭДС, контактные кольца служат для подвода и отведения тока во внешнюю цепь. щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором. станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор. возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту.

Действие современных индукционных генераторов основано на явлении электромагнитной индукции.

Самые крупные генераторы переменного тока –электростанции. Типы электростанций: Гидроэлектростанции - движение ротора осуществляется за счет энергии падающей воды.

Теплоэлектростанции -движение ротора осуществляется за счет работы водяного пара, получаемого при сжигании топлива

Атомные электростанции- движение ротора осуществляется за счет работы водяного пара, но пар получается за счет выделения атомной энергии.

Электрический ток можно преобразовывать почти без потерь энергии, поэтому он нашел широкое применение . Назначение трансформаторов- преобразование переменного тока, при котором напряжение многократно увеличивается или уменьшается без потери мощности. Любой трансформатор состоит из системы катушек и сердечника.

Для двух катушек трансформатора отношение напряжений в первичной и вторичной обмотках или отношение числа витков – величина постоянная , носит название коэффициента трансформации (k). При k> 1 трансформатор понижающий, При k

Презентация к уроку физики в 11 классе по теме "Трансформатор"содержит изложение нового материала и задачи по изученной на уроке темы.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы.

Учитель физики И.В.Торопчина

Генерирование электрической энергии

Электрический ток вырабатывается вгенераторах— устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию .

Генератор переменного тока

Модель генератора переменного тока

Вращающаяся проволочная рамка является ротором. Магнитное поле

создает неподвижный постоянный магнит.

Генератор переменного тока

Основные части генератора:

электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле,
обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС.

Для получения большого магнитного потока в генераторах

применяют специальную магнитную систему, состоящую из

двух сердечников, изготовленных из электротехнической

стали. Обмотки, создающие магнитное поле,

размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в

которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого.

Один из сердечников вместе с обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси- называется ротором.

Неподвижный сердечник с обмоткой называют статором.

Генератор переменного тока

В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, являющийся ротором, а обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.
Скользящие контакты- подводят ток к ротору или отводят его из обмотки ротора во внешнюю цепь. Ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.

Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.

История изобретения

Трансформатор

Трансформатор– устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения.

Принцип действия трансформаторов:

изменяющееся магнитное поле, созданное переменным током в

первичной обмотке, пронизывая витки вторичной обмотки,

индуцирует в ней переменный ток той же частоты, но другого

Устройство трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками.
Одна из обмоток, называемаяпервичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называетсявторичной.

Схема трансформатора

Условное обозначение

Трансформатор на холостом ходу

Мгновенное значение ЭДС индукции е во всех витках первичной или

вторичной обмотки одинаково. Согласно закону Фарадея оно определяется формулой

е = -Ф', где Ф' производная потока магнитной индукции по времени.

В первичной обмотке, имеющей N 1 витков, полная ЭДС индукции е 1

равна N 1 e. Во вторичной обмотке полная ЭДС индукции е 2 равна N 2 e

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им

можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах

первичной обмотки примерно равен модулю суммарной ЭДС индукции:

|u 1 | ≈ |e 1 |.

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

|u 2 | ≈ |e 2 |.

Режим холостого хода

Мгновенные значения ЭДС e 1 и е 2 изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль).

Поэтому их отношение в формуле можно заменить отношением действующих значений

Величина К называется коэффициентом трансформации

Коэффициент трансформации

Рабочий ход ( под нагрузкой)

Этот режим имеет место при замкнутой вторичной цепи.

В этом случае трансформатор нагружен, т.е. подключены потребители.

Повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, во столько же раз уменьшается сила тока (и наоборот).

Потери энергии при работе трансформатора

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.

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:

Использование трансформаторов

Трансформаторы используются в технике и могут быть устроены

очень сложно, однако незыблемым остается принцип их действия:

«изменяющееся магнитное поле, созданное переменным током в

первичной обмотке, пронизывая витки вторичной обмотки,

индуцирует в ней переменный ток той же частоты, но другого

В современных мощных трансформаторах суммарные потери

энергии не превышают 2–3%.

Использование трансформаторов:

История изобретения трансформатора

Летом 1882 года на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве И. Ф. Усагин продемонстрировал своё изобретение— трансформатор промышленного типа.

В 1884 годув Англии братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсонами был создан первый трансформатор с замкнутым сердечником .

Решение задач

1.Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

2 . Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В?

3 . Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%.

4. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

В данном видеоуроке мы рассмотрим основные способы генерирования электрической энергии. Познакомимся с устройствами различных типов генераторов. Узнаем что такое трансформатор, как он работает и где применяется.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Генерирование электрической энергии. Трансформаторы"

В данной теме речь пойдёт о способах генерирования электрической энергии. А также изучим устройство простейшего трансформатора.

Электромагнитная индукция – это явление заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. А полученный таким способом ток называется индукционным током.

Переменным называется ток, периодически изменяющийся со временем.

Для того чтобы в цепи существовал синусоидальный переменный ток, источник в этой цепи должен создавать переменное электрическое поле, изменяющееся синусоидально. На практике синусоидальная ЭДС создается генераторами переменного тока, работающими на электростанциях.

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

К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.д.

В настоящее время также исследуются возможности создания принципиально новых типов генераторов. Так, например, разрабатываются и уже частично используются топливные элементы, в которых энергия, освобождающаяся в результате реакции водорода с кислородом, непосредственно превращается в электрическую.

Область применения различных генераторов различна и определяется их характеристиками. Так, например, 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.

В прошлой теме была рассмотрена простейшая модель такого генератора — рамка с током, вращающаяся в однородном магнитном поле вокруг своей оси.

В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей.

Ранее нами рассматривался пример получения индукционного тока в плоском контуре при его вращении в магнитном поле. На этом принципе и работает электромеханической генератор переменного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная магниту, называется статором, а вращающаяся, т. е. рамка, — ротором.

В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока вектора магнитной индукции.

В рассмотренной нами ранее модели генератора, вращается проволочная рамка, играющая роль ротора.

Разумеется, можно было бы поступить и наоборот, т.е. вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. В больших промышленных генераторах приводится во вращение именно электромагнит.

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. Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток; а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего источника постоянного тока, называемого возбудителем.

На рисунке представлена полная схема генератора переменного тока. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой, создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки обмотки статора, периодически меняется, в результате чего в них индуцируется переменный ток.

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

Обратите внимание, что 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. Поскольку скорость вращения водяных турбин обычно невелика, то для создания тока стандартной частоты используют многополюсные роторы.

Таким образом, 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.

Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери, связанные с нагреванием проводов. Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше энергии тратится на нагревание проводов и тем меньше доходит до потребителя.

Уменьшение потерь электроэнергии при ее передаче от электростанций к потребителям является важной народнохозяйственной задачей. Из закона Джоуля-Ленца следует, что уменьшить потери можно либо за счет уменьшения сопротивления проводов, либо уменьшения силы тока в них. Сопротивление проводов будет тем меньше, чем больше площадь их поперечного сечения и чем меньше удельное сопротивление металла, из которого они изготовлены. Провода делают из меди или алюминия, так как среди относительно недорогих металлов они обладают наименьшим удельным сопротивлением. Однако увеличивать же толщину проводов экономически невыгодно, т.к. это ведет к перерасходу дорогостоящего цветного металла, а также возникновению трудностей при закреплении проводов на столбах. Поэтому такой способ снижения потерь практически невозможен.

Поэтому существенного снижения потерь можно добиться только за счет уменьшения силы тока. Но приданной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения. Без такого преобразования силы тока и напряжения передача электроэнергии на большие расстояния становится невыгодной из-за существенных потерь.

Так, электроэнергия Волжской ГЭС передается в Москву при напряжении 500 кВ, от Саяно-Шушенской ГЭС — при напряжении 750 кВ. Хотя на самих электростанциях генераторы вырабатывают электрическую энергию при напряжениях, не превышающих 20 кВ.

Решение этой важнейшей технической задачи стало возможным только после изобретения трансформатора — устройства, служащего для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Первый трансформатор был изобретен в 1876 году русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым для питания изобретенных им электрических свечей — нового в то время источника света. А первый технический трансформатор впервые создал Иван Филиппович Усагин в 1882 г.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Простейший трансформатор представляет собой две изолированные друг от друга катушки (их еще называют обмотками), намотанные на общий замкнутый сердечник. По одной из обмоток (первичной) пропускается преобразуемый переменный ток, а вторичная обмотка соединяется с потребителем.

Переменный ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукциив витках каждой обмотки. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле так, что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

Мгновенное значение ЭДС индукции во всех витках первичной или вторичной обмотки одинаково. Согласно закону Фарадея, оно будет определяться формулой

где Ф’ — производная потока магнитной индукции по времени.

Если первичная обмотка имеет N₁ витков, а вторичная N₂ витков, то в обмотках индуцируются (без учета потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно e₁ и e₂, а их отношение будет равно

Т.е. возникающие в катушках ЭДС индукции (или самоиндукции) пропорциональны числу витков в них.

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах первичной обмотки примерно равен модулю суммарной ЭДС индукции.

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не идет, поэтому суммарная ЭДС индукции равна напряжению на зажимах вторичной обмотки.

Изменение мгновенных значений ЭДС происходит так, что они одновременно достигают максимума и одновременно проходят через ноль, т.е. изменяются синфазно. Поэтому их отношения можно заменить отношением действующих значений этих ЭДС или отношением действующих значений напряжений.

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называют коэффициентом трансформации k.

В зависимости от того, какое значение принимает коэффициент трансформации, различают повышающий и понижающий трансформатор.

Его обычно определяют при холостом ходе трансформатора, т.е. при разомкнутой цепи вторичной обмотки.

Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор называется повышающим, а если больше единицы — то понижающим.

При включении во вторичную цепь какой-либо нагрузки (это рабочий ход трансформатора) в ней начинает проходить ток нагрузки (он переменный и такой же частоты). Этот ток создает в сердечнике магнитный поток, направленный по правилу Ленца навстречу потоку первичной обмотки. В результате суммарный поток магнитной индукции в первичной катушке уменьшается, уменьшается и ЭДС, а, следовательно, сила тока будет увеличиваться. Это увеличение силы тока в первичной цепи приводит к увеличению магнитного потока, ЭДС индукции и силы тока во вторичной цепи. Но, как мы знаем, увеличение тока во вторичной цепи сопровождается увеличением тока самоиндукции и, следовательно, уменьшением магнитного потока который только что возрастал.

В конце концов, при постоянной нагрузке устанавливаются определенные магнитный поток, ЭДС индукции во вторичной цепи и ток в первичной цепи. Получается, что трансформатор сам, автоматически регулирует потребление энергии в зависимости от нагрузки во вторичной цепи.

При рабочем ходе трансформатора происходит непрерывная передача энергии из первичной цепи во вторичную.

Мощность, потребляемая в первичной цепи, будет определяться формулой

а выделяемая на нагрузке

Коэффициент полезного действия трансформатора будет определяться отношением выделяемой мощности на нагрузке к потребляемой мощности в первичной цепи.

Однако не вся энергия, вырабатываемая генератором, передается потребителю. При работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора, на рассеивание магнитного потока в пространство, на вихревые токи Фуко в сердечнике и его перемагничивание.

Для уменьшения этих потерь принимаются следующие меры:

1) обмотка низкого напряжения делается большего сечения, так как по ней проходит ток большей силы;

2) сердечник делают замкнутым, что уменьшает рассеивание магнитного потока;

3) сердечник делают из изолированных пластин для уменьшения токов Фуко.

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

Если иногда можно пренебречь потерями в трансформаторе, т.е. считать его коэффициент полезного действия равным 100%, то мощность, потребляемая в первичной цепи, будет равна мощности, выделяемой на нагрузке. Тогда отношение силы тока в первичной обмотке к силе тока во вторичной обмотке будет обратно пропорционально соответствующим напряжениям. А это значит, что увеличивая с помощью трансформатора напряжение, во столько же раз будем уменьшать силу тока и наоборот.

В настоящее время трансформаторы нашли широкое применение, как в технике, так и в быту. Например, для передачи электроэнергии на большие расстояния используются как повышающие, так и понижающие трансформаторы (об этом, кстати, мы более подробно будем говорить в одном из следующих уроков).При подзарядке сотового телефона имеющийся в зарядном устройстве трансформатор понижает напряжение, полученное из осветительной сети до 5.5 В, пригодного для телефона. В телевизоре имеется несколько трансформаторов (как понижающих, так и повышающих), поскольку для питания различных его узлов требуется напряжение от 1,5 В до 25 кВ и так далее.

Основные выводы:

– Генератор переменного тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

– В современной энергетике применяются индукционные генераторы, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции, и позволяющие получить большие токи при достаточно высоком напряжении.

– Конструкций индукционных генераторов существует достаточное количество, однако, неизменными в каждом из них, остаются ротор — подвижная часть генератора, и статор — неподвижная часть генератора.

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

– Трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации, т.е. отношением числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке.

– В зависимости от значения этого коэффициента, различают повышающий и понижающий трансформаторы.

Читайте также: