Передача электроэнергии от источника к потребителю конспект

Обновлено: 05.07.2024

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I 2 * Rл ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

  1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:
  • Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры. Воздушные линии электропередач
  • Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы. Обустройство блочной кабельной канализации
  1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:
  • Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
  • Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
  • Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
  • Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
  • Ультравысоковольтные — более 750-ти кВ. Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ
  1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
  2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:
  • Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
  • ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
  • ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
  • ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

  • Методом прямой передачи.
  • Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

Технологии беспроводной передачи электричества

Технологии беспроводной передачи электричества

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Обозначения:

  1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
  2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
  3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
  4. Кольцевой тип конфигурации.
  5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
  6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Обозначения:

  1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
  2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
  3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
  4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
  5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
  6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Обозначения:

  1. Электростанция, где электроэнергия производится.
  2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
  3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
  4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
  5. Пункт распределения электроэнергии.
  6. Питающие кабельные линии.
  7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
  8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
  9. Вводный щит в цеховом помещении.
  10. Районная распределительная подстанция.
  11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
  12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
  13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ) Протяженность (км)
0,40 1,0
10,0 25,0
35,0 100,0
110,0 300,0
220,0 700,0
500,0 2300,0
1150,0* 4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

  • Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
  • Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
  • Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
  • Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
  • Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
  • Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Открытый урок по физике в 11 классе Учитель физики Балакирев В.Е. 19-12-2014 г.

1. Сформировать знания учащихся о физических основах производства, передачи и использования электрической энергии.

2. Развивать: коммуникативные, толерантные качества учащихся, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы. Показать связь науки с техникой.

3. Воспитывать: чувство патриотизма и любви к Родине на основе изучаемого материала (рассказать о истории развития электроэнергетики в России, в Оренбургской области); экологическую грамотность учащихся (при рассмотрении экологических проблем в электроэнергетики).

Тип урока : урок освоения знаний на основе имеющихся.

Оборудование : ПК, проектор, модели генератора и трансформатора, солнечная батарея, таблица “Производство и передача электрической энергии”

I. Оргмомент (объяснение целей и задач урока).

II. Актуализация знаний учащихся.

1. Объяснить устройство и принцип работы генератора переменного тока.

2. Объяснить устройство и принцип работы трансформатора.

III. Изучение нового материала.

1. Электроэнергия – основа существования современной цивилизации.

Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии заключается в том, что её можно передавать по проводам на большие расстояния, распределять между потребителями, можно превращать в любые виды энергии.

2. Глобальная проблема, которую решают учёные и инженеры, найти получение дешёвой электроэнергии.

2. Год принятия плана ГОЭЛРО – 1920 год . [1]

В 1920 году под руководством Г.М.Кржижановского был разработан план электрификации России, план ГОЭЛРО. Он был первым председателем Госплана.

План ГОЭЛРО был первым перспективным планом восстановления и развития народного хозяйства Советской республики на основе электрификации страны

  1. Число районных электростанций намеченных планом к постройке – 30.
  2. Тепловых станций – 20.
  3. Гидроэлектростанций – 10.
  4. Уровень производства электроэнергии в стране в 1920 году (ТВтч) – 0,5.
  5. Уровень производства электроэнергии в 1931 году –10,7 ТВтч.
  6. Уровень производства электроэнергии в 1935 году – 26,3 ТВтч.

3. План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10-15 лет, т.е. до 1931-1935 года, в основном был выполнен уже в 1931 году. В 1935 году было построено 40 электростанций.

6. Преимущества эл.энергии.

  1. Можно передавать по проводам.
  2. Можно трансформировать (ui).
  3. Легко превращается в другие виды энергии.
  4. Легко получается из других видов энергии.

7. Производство электроэнергии.

  • ТЭС (тепловая) электростанция, преобразующая энергию топлива в электрическую энергию.

Источники энергии ТЭЦ – уголь, мазут, сланцы

  • ГЭС (гидроэлектрическая станция) - электрическая станция, преобразующая энергию воды в электрическую

Источник энергии ГЭС – потенциальная энергия воды

  • ГРЭС (государственная районная электростанция) - тепловая электростанция, вырабатывающая только электрическую энергию.
  • КЭС (конденсационная электростанция) - тепловая электрическая станция, оборудованная паровыми турбинами по конденсационному циклу).
  • ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) - тепловая электрическая станция с комбинированным производством электроэнергии и тепла.
  • АЭС (атомная электростанция) - электрическая станция, преобразующая энергию деления ядер атомов в электрическую энергию и тепло.
  • СЭС (солнечная электростанция) – электрическая станция, преобразующая энергию солнечного излучения в электрическую энергию (опыт с солнечной батареей).
  • ПЭС (приливная электростанция) - гидроэлектростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую энергию.
  • ВЭС (ветроэлектростанция) - ветроэлектрическая установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.
  • Геотермальные станции (1000°C-2000°C).

а) Линии переменного тока.

Большая часть энергии передаётся по линиям электропередач переменного тока.

ЛЭП переменного тока обладают весьма важным преимуществом: в любом месте линии понижающий трансформатор, присоединенный к линии, передает энергию потребителям.

Недостатки линий переменного тока: наличие индуктивного сопротивления линии, которое связано с явлением электромагнитной индукции. Индуктивное сопротивление значительно ухудшает передачу электроэнергии в линии, т. к. приводит к уменьшению напряжения на пути от источника к потребителю. Индуктивность линии вызывает сдвиг по фазе между колебаниями тока и напряжения. Для уменьшения индуктивного сопротивления применяют различные методы: а) например, включают в линию батареи конденсаторы; б) расщепление одного провода на несколько, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления линии.

Б) Электроэнергия может передаваться и по линиям электропередач постоянного тока.

ЛЭП постоянного тока обладает преимуществами по сравнению с линиями переменного тока. Прежде всего, при прохождении постоянного тока нет индуктивного сопротивления. Кроме того, меньшая металлоемкость проводов (используется два провода вместо трех в линиях трехфазного тока); меньше потерь на коронный разряд, отсюда и меньшие радиопомехи. Наконец, главное — использование постоянного тока в линиях электропередач позволяет необычайно повысить устойчивость энергосистемы, которая в случае переменного тока требует строгой синхронности, постоянства частоты всех генераторов, входящих в общую систему. Для постоянного тока такой проблемы нет.

Напряжение линии передачи постоянного тока Волжская ГЭС (г. Волгоград) - Донбасс составляет 800 кВ, ее протяженность равна 437 км. КПД такой линии достигает 94%.

9. Потери в электросетях.

Технические потери составляют 5-12%

Коммерческие потери составляют30%

• Потери в трансформаторах

• Тепловые потери в линиях электропередач

• Оседание гололеда на проводах

• Пробой несущих изоляторов на линии

Это потребление электроэнергии без учета.

Связано с воровством электроэнергии и неуплатой за нее.

10. Использование электроэнергии

1. Большая часть электроэнергии превращается в механическую.

  • Промышленность - 70%
  • Транспорт - 15 %
  • Сельское хозяйство -10 %
  • Бытовое потребление (холодильники, освещение, телевизоры) - 4 %

2. 1/3 - идёт на технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т.п.)

11. Цена сэкономленного киловатт-часа электроэнергии.

Если каждый ученик не даст бесполезно светить электролампочке мощностью 100 Вт в течение только 1 часа ежесуточно, то при 40 млн.учащихся , можно сэкономить в течение года энергию равную 100 Вт•1 ч•365•40•10 6 =1,46•10 9 кВтч.

Для выработки 1 кВтч электроэнергии на тепловых электростанциях сжигается примерно 600 гр каменного угля или 300 гр мазута, но на 1,46•10 9 кВтч электроэнергии надо сжечь 10 6 тонн угля.

1 кВтч электроэнергии расходуется в среднем на:

Производство 2,7 кг газетной бумаги

13,3 кг оконного стекла

39 кг сахарного песка

2,8 кг плавленого сыра

1 м2 хлопчатобумажной ткани

Выпечку 36 кг хлеба

Добычу 30 кг нефти

15 кг железной руды

Выплавку 0,5 кг электростали

IV. Закрепление знаний.

1. Какие типы электростанций вы знаете?

2. Назовите преимущества электроэнергии перед другими видами энергии?

3. Перечислите, какие превращения энергии происходят при производстве электроэнергии на ТЭС, ГЭС.

4. Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?

5. Почему, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение?

1. Почему приближение человека к месту упавшего провода высоковольтной линии электропередачи сопряжено с опасностью поражения током?

Ответ. Вокруг точки касания провода в почве происходит падение напряжения.

Ноги человека, касаясь почвы в зоне влияния тока замыкания, приобретают потенциалы точек прикосновения. Напряжение, под которым оказываются ноги, в этом случае называют шаговым напряжением. По мере приближения человека к месту касания провода оно возрастает - и при шаговых напряжениях, превышающих 100 В, человек может быть поражён током.

2. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток?

Ответ. При включении тока на перьях птиц возникает статический электрический заряд, перья начинают топорщиться, птица пугается.

3. Почему опасно прикасаться к мачтам высокого напряжения, хотя провода с током отделены от мачт гирляндами изоляторов?

Ответ. Даже самые хорошие изоляторы(фарфор, многие пластмассы и др.) меняют свои свойства в зависимости от погоды (дождь, пыль). Поэтому через мачту проходит ток утечки, который может стать опасным для человека.

4. При ремонте электролиний напряжением 220-380 В пользуются “правилом одной руки”, т.е. ремонтируют и проверяют цепь одной рукой. Почему такой приём более безопасен? Есть ли при таком ремонте изолироваться от земли?

Ответ. В случае замыкания на руку ток пойдёт только по её кисти. Разумеется, это будет при полной изоляции человека от земли.

5. Линии высокого напряжения Самара - Москва и Волгоград - Москва, кроме проводов, передающих ток, имеют ещё два дополнительных провода, расположенных значительно выше первых и не изолированных от стальных опор линии. Для чего нужны эти провода?

Ответ. Эти провода являются молниеотводами. Они имеют металлический контакт с заземлённой опорой.

V. Вывод по уроку.

1. Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния.

2. Электрическую энергию экономически выгоднее передавать при высоких напряжениях.

3. Объединение электростанций в единую энергетическую систему позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющиеся электроэнергоресурсы на огромной территории.

VI Домашнее задание § 10, вопросы и задания для самопроверки

1. Волков В.А. Поурочные разработки по физике.11 класс. М. “Вако”, 2006 г. Cтр.112-114.

2 Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды. Учебное и справочное пособие-М.: “Финансы и статистика”, 2001. -671 с.

3. Физика: Учебник для 11-го класса общеобразовательных учреждений/ Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. -14 изд. -М.: Просвещение, 2005. -366 с.

4. Энциклопедический словарь юного техника/ Зубков Б.В., Чумаков С.В. -М.: Педагогика, 1980 г. -512 с.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

проект 11 класса по теме "Производство и передача электроэнергии"

9 декабря прошла презентация исследовательской работы по физике учащихся 11 класса Родничнодольской сош. На презентацию были приглашены учителя школы и учащиеся 8 и 9 классов. Тема исследования.

Производство, передача и использование электроэнергии 11 класс

¨Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным.


Переменный ток.Производство, передача и потребление электроэнергии.


Переменный ток.Производство, передача и потребление электроэнергии.


Презентация на тему: "Производство и передача электроэнергии в РФ."

презентация разработа для 11 класса.

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. Производство и передача электроэнергии

В данной презентации рассматривается понятие генераторов, их виды, устройство и назначение трансформаторов.


В рамках дистанционного обучения разработан план заняий дл учащихся 8А класса (предпрофиль физмат).

Электромагни́тная инду́кция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Какова бы ни была причина изменения магнитного потока, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре Э.Д.С. индукции определяется формулой:


Первичной обмоткой называется та, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока. Вторичная обмотка – обмотка, которая служит источником питания для потребителя. Обычно первичную обмотку обозначают индексом 1, а вторичную – индексом 2.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

  1. Александров, А. П. Атомная энергетика и научно-технический прогресс / А.П. Александров. - М.: Наука, 2015. - 272 c.
  2. Арутюнян, А. А. Основы энергосбережения / А.А. Арутюнян. - М.: Энергосервис, 2016. - 600 c.
  3. Демидов, В. И. Тепла Вам и света / В.И. Демидов. - М.: Лицей, 2009. - 254 c.

Дополнительные источники:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В современном мире трудно представить себе даже несколько минут без электричества. Многие жизненно важные приборы, а также бытовая техника потребляют электроэнергию. Проблема передачи электроэнергии на различные расстояния: от маленьких деревень до многомиллионных городов до сих пор остается актуальной. Как это осуществить с минимальными потерями и наиболее эффективно?

Развитие цивилизации и научно-технический прогресс, связанный с использованием двигателей, потребовал решения не только задач производства энергии, но также задачи передачи энергии на расстояние. С давних пор известно два способа передачи топлива для двигателей: транспортный и более экономичный – трубопроводный, применяемые до сих пор. Но самый эффективный способ – по проводам. Французский физик М. Депре построил первую линию электропередачи в 1880 г. Однако, и этот способ не позволяет избежать потерь, связанных с нагревом подводящих проводов.

При простейшем способе передачи, когда источник электроэнергии (электрогенератор) связан проводами с потребителем, процесс передачи можно изобразить схемой, приведенной на Рис. 1


Обозначая полезную потребляемую мощность (мощность на нагрузке) через Wн, а паразитную мощность, идущую на нагревание проводов через Wп, получим для них выражения:

Из этих формул видно, что отношение мощностей равно отношению сопротивлений.

Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из алюминия или меди и достаточно толстыми.

Уменьшить потери энергии в проводах по сравнению с энергией, которую нужно передать, можно, если уменьшить ток, текущий в проводах, по сравнению с током, который течет в приборах потребителя. Сделать это позволяет трансформатор, принцип действия которого основан на взаимопреобразовании электрического и магнитного полей. Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Самый простой трансформатор — это сердечник из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (например, из электротехнической стали) и две намотанных на него обмотки (рис. 2). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I1 в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I2 = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

N1 и N2 — число витков в обмотках.

Отношение U1 / U2 называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U1 U2 — понижающим (рис 2). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы. Поскольку КПД трансформатора близок к 100%, мощность в цепи первичной обмотки приблизительно равна мощности в цепи вторичной обмотки:


Следовательно, ток во вторичной обмотке меньше, чем ток в цепи потребителя. Так как потери на нагрев проводов в линии электропередачи пропорциональны , уменьшение тока в проводах линии электропередачи позволяет уменьшить потери энергии.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим.

Нажмите, чтобы узнать подробности

Материально-техническое обеспечение: учебник и задачник Генденштейн 8 класс, презентация, компьютер, проектор, трансформатор, модель генератора.

Приложение: слайды презентации к данному конспекту

Используемая литература:

Физика. 8 класс. В 2 ч. Ч. 1: учебник для общеобразовательных организаций / Л.Э. Генденштейн, А. Б. Кайдалов; под ред. В. А. Орлова, И. И. Ройзена. – 9-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2015. – 272с.: ил.

Физика. 8 класс. В 2 ч. Ч. 2: задачник для общеобразовательных организаций / Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик, И.М. Гельфгат; под ред. Л.Э. Генденштейна. – 9-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2015. – 191 с.: ил.

Физика. 9 кл.: учебник / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – М.: Дрофа, 2014. – 319, [1] с.: ил.

Образовательные:

Продолжить формирование знаний обучающихся о явлении электромагнитной индукции посредством изучения устройства и принципа работы трансформатора;

Познакомить со способом передачи электроэнергии;

Развивающие:

Создавать условия для развития умения обучающихся четко и точно излагать свои мысли путем задаваемых им вопросов в ходе урока;

Развивать интерес учеников к изучаемой теме и к предмету в целом посредством использования на уроке интерактивного материала

Развитие навыков решения практических задач различных видов (графические и текстовые).

Воспитательные:

Продолжить формирование научного мировоззрения обучающихся на основе изучения новой темы политехнического характера;

Воспитание внимательности, аккуратности посредством соблюдения дисциплины и контроля деятельности учеников;

Воспитание идейно-патриотических чувств у обучающихся на основе соответствующих фактов.

План урока

Организационный момент (2 мин)

Запись домашнего задания (2 мин)

Актуализация знаний (7 мин)

Объяснение нового материала (15 мин)

Закрепление знаний (12 мин)

Рефлексия (2 мин)

Организационный момент

Учитель: здравствуйте, ребята. Кто сегодня отсутствует? Отметим.

Запись домашнего задания

Учитель: открываем дневники и на следующий урок записываем:

§ 21, пункты 3, 4 + записи. Что мы узнали стр. 161. Знать пункты 6, 7, 8. Повторить все итоги параграфа. Задачник 21.37, 21.38

Все записали? Хорошо, переходим непосредственно к уроку.

Актуализация знаний

Учитель: что такое индукционный генератор тока?

Ученик: устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую.

Учитель: на каком явлении основано его действие?

Ученик: его действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Учитель: какие основные части генератора?

Ученик: Ротор – вращающаяся часть – магнит

Статор – неподвижная часть – рамка с током

Учитель: какой ток вырабатывается генератором?

Ученик: переменный

Учитель: а какой ток называется переменным?

Ученик: переменный ток – это ток, у которого сила и направление периодически изменяются. График – синусоида.

Учитель: напомним себе, что на прошлом уроке мы также познакомились и изучили характеристики переменного тока. Повторим и их. Период – это?

Ученик: периодом называется время, за которое сила тока меняет свое значение от 0 до максимального и обратно до 0. [с]

Учитель: частота – это? И ток какой частоты вырабатывается на всех электростанциях России?

Ученик: частота — это величина, обратная периоду. [Гц = 1/сек]. 50 Гц

Учитель: какие типы электростанций вы знаете?

Ученик: тепловые, атомные, ветренные, солнечные, гидроэлектростанции

Объяснение нового материала

Учитель: как производят электроэнергию, с помощью каких устройств, мы с вами уже изучили и повторили. Сегодня же на уроке узнаем, как электроэнергия передается от электростанции к потребителю.

Записываем тему в тетрадь

Учитель: ребята, теперь переходим к вопросу о передаче электроэнергии от электростанции к месту ее потребления. Напряжение, вырабатываемое генератором на электростанции, обычно не превышает 12 киловольт. А ток какого напряжения подается в квартиры потребителям?

Ученик: 220 В.

Учитель: а вот ток, который идет по линиям электропередач от электростанции к потребителю, имеет напряжение сотни тысяч вольт.

Получается, что электроэнергию передают под высоким напряжением. Это позволяет многократно уменьшить тепловые потери в линиях электропередачи. Давайте разберемся, почему.

Учитель: что происходит с проводником, когда по нему идет ток?

Ученик: греется.

Учитель: вспомним, что в проводнике сопротивлением R за время t протекания по нему тока I выделяется количество теплоты Q. Это формулировка какого закона?

Ученик: закон Джоуля - Ленца.

Учитель: записываем формулу в тетрадь: Q = I 2 Rt

Нам нужно уменьшить Q. t изменить не можем. Следовательно, нужно уменьшать сопротивление и силу тока. Записываем: I↓ R↓= Q↓

Вспомним формулу сопротивления: R = p*l/S. Записываем в тетрадь.

l уменьшить нельзя, так как нельзя уменьшить расстояния между населенными пунктами, городами.

S увеличить нельзя, иначе будут слишком тяжелые провода и большие затраты на материалы.

Значит, нужно уменьшать удельное сопротивление. Записываем: 𝝆↓= R↓

Поэтому провода изготавливают из алюминия или меди (материалы с маленьким удельным сопротивлением).

Учитель: как мы сказали, нужно уменьшить силу тока в линиях электропередачи, но как это сделать, чтобы передаваемая мощность не изменилась? Давайте вспомним формулу для мощности.

Ученик: P = UI. Записываем

Теперь запишем: P1 = P2, U1 I1 = U2 I2

Значит, чтобы уменьшить силу тока, сохранив мощность, нужно повысить напряжение. I↓ = U↑. Записываем в тетрадь.

Итак, запишем в тетрадь: Трансформаторы – это устройства, с помощью которых повышают или понижают напряжение переменного тока.

Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Учитель: напомним себе, в чем заключается это явление?

Ученик: явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную этим контуром.

Учитель: трансформатор состоит из двух катушек с разным числом витков, намотанных на один сердечник (увеличивает магнитное поле)

Запишем в тетрадь: Устройство: 2 катушки с разным числом витков на одном сердечнике.

Одна катушка - первичная -число витков n1– на нее подается входное напряжение U1

Другая катушка – вторичная - число витков n2 – на ее концах выходное напряжение U2

Запишем в тетрадь и перенесем в нее рисунок со слайда:

Первичная катушка - число витков n1 – входное напряжение U1

Вторичная катушка - число витков n2 – выходное напряжение U2

Если n2 n1 или U2 U1, то трансформатор повышающий

Если n2n1 или U2 U1, то трансформатор понижающий

Запишем это в тетрадь

Опыты и расчеты показывают, что отношение выходного напряжения к входному равно отношению числа витков вторичной катушки N2 к числу витков первичной катушки N1

U2/U1 = n2/n1

Повышающие трансформаторы установлены от электростанции на ЛЭП, а понижающие – от ЛЭП на потребителя.

Запишем формулу в тетрадь

Учитель: первым применил трансформаторы для преобразования напряжения переменного тока русский электротехник военный инженер, изобретатель и предприниматель Павел Николаевич Яблочков (1847 - 1894).

Учитель: посмотрим на рисунок, на котором представлена схема этапов передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. На электростанции вырабатывается электроэнергия напряжением 12 кВ, далее на подстанции трансформатор повышает его до 400 кВ, затем электроэнергия подается на ЛЭП. Далее обратный процесс. Понижающий трансформатор на подстанции уменьшает напряжение сначала до 12 кВ, затем в трансформаторных будках оно снижается еще до 220 В и электроэнергия уже подается потребителю.

Закрепление знаний

Учитель: итак, давайте еще раз пройдемся по основным моментам сегодняшней темы и закрепим наши знания.

Учитель: для чего в ЛЭП уменьшают силу тока?

Ученик: чтобы уменьшить потери электроэнергии за счет ДЖОУЛЕВА ТЕПЛА (нагрева проводов)

Учитель: каким образом можно уменьшить силу тока, не изменяя мощность?

Ученик: увеличить напряжение

Учитель: что такое трансформаторы?

Ученик: трансформаторы – это устройства, с помощью которых повышают или понижают напряжение переменного тока

Ученик: если n2 n1 или U2 U1, то трансформатор повышающий, если n2n1 или U2 U1, то трансформатор понижающий

Учитель: где используется каждый вид трансформатора?

Ученик: повышающие трансформаторы установлены от электростанции на ЛЭП, а понижающие – от ЛЭП на потребителя.

Учитель: в каких приборах используются трансформаторы?

Ученик: телевизоры, радиоприемник, блок питания для телефона

Одна задача будет на доске, одну решаете самостоятельно, а третью решим вместе и тоже у доски.

Задачник: 21.2, 21.30, 21.36

21.29 (решает ученик у доски, на которой изображен график)

По графику, изображенному на рисунке, определите период и частоту переменного тока.

21.30 (ученики решают самостоятельно, затем проверяем вместе)

По графику, изображенному на рисунке, определите период и частоту переменного тока.

21.36 (решаем вместе с учеником у доски)

В первичной обмотке трансформатора 200 витков, а во вторичной – 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз? Найти входное напряжение трансформатора, если выходное напряжение 220 В.


Учитель: ребята, сегодня мы отлично поработали, изучили новую тему, закрепили и отработали знания по ранее изученному материалу. Спасибо. Урок окончен. До свидания.

Читайте также: