Трансформаторы (Презентация урока)

Трансформаторы

Линия электропередач

Трансформатор – устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения

Павел Николаевич Яблочков — русский электротехник, военный инженер, изобретатель и предприниматель. Известен разработкой дуговой лампы (вошедшей в историю под названием «свеча Яблочкова») и другими изобретениями в области электротехники.

и открытий.

П. Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора. Первым применил переменный ток для промышленных целей. Создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора), электромагнит с плоской обмоткой и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока.

• Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.
• Столетов Александр Григорьевич сделал первые шаги в этом направлении - обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика.
• Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.
• В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич сделал первые шаги в этом направлении - обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика.

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

• Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. Сердечник этого трансформатора был набран из стальных полос или проволок, разделенных изоляционным материалом, что снижало потери энергии на вихревые токи. На этот сердечник, чередуясь, помещали катушки высшего и низшего напряжения.

Устройство трансформатора

Принцип действия трансформатора

Первичная

обмотка

Вторичная

обмотка

Магнитный

поток

Магнитный

поток

Принцип действия трансформатора

Мгновенное значение ЭДС индукции e в любом витке первичной или вторичной об-мотки одинаково. Согласно закону Фарадея оно определяется формулой

e = - Ф ’ ,

где Ф ’ – производная потока магнитной индукции по времени.

• Если Ф = Ф m cos ω t, то
• Ф ’ = - ω Ф m sin ω t.
• Следовательно,
• e = ω Ф m sin ω t,
• или
• e = Ε m sin ω t,
• где Ε m = ω Ф m – амплитуда ЭДС в одном витке.

Коэффициент трансформации – величина, равная отношению напряжений в первичной и втори-чной обмотках трансформатора

Повышающий трансформатор - трансформатор, увеличивающий напряжение.

Понижающий трансформатор - трансформатор, уменьшающий напряжение.

Импульсный трансформатор

Это трансформатор, предназначенный для преоб-разования импульсных сигналов с длительностью им-пульса до десятков микросекунд с минимальным иска-жением формы импульса. Основное применение зак-лючается в передаче прямоугольного электрического импульса.

Разделительный трансформатор

трансформатор, первичная обмотка которого элект-рически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим час-тям или нетоковедущим частям, которые могут оказать-ся под напряжением в случае повреждения изоляции.

Пик-трансформатор

Трансформатор, преобразующий напряжение си-нусоидальной формы в импульсное напряжение с из-меняющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике

Автотрансформа́тор

Вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Силовой трансформатор

Стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции пре-образует систему переменного напряжения и тока в дру-гую систему напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи элект-роэнергии.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети мно-гократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напря-жения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электро-энергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Применение в источниках питания

Компактный трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Например, в телевизоре используются напряжения от 5 вольт, для питания микросхем и транзисторов, до 20 киловольт, для питания анода кинескопа. Все эти напряжения получаются с помощью трансформаторов (напряжение 5 вольт с помощью сетевого трансформатора, напряжение 20 кВ с помощью строчного трансформатора). В компьютере также необходимы напряжения 5 и 12 вольт для питания разных блоков. Все эти напряжения преобразуются из напряжения электрической сети с помощью трансформатора со многими вторичными обмотками

Трансформаторные модули, разработанные для интернет телефонии и сетей Ethernet.

№ 1. Сколько витков во вторичной обмотке  трансформатора U 1 = 10000В, U 2 = 100В, если число витков первичной обмотки равно 21000? Определить коэффициент трансформации.

Дано:

U 1 =10000 B

U 2 =100 B

N 1 =21000

N 2 =?k=?

Решение:

= 210 B

  = 100

Ответ: 100, 210B.

№ 2. Измерительный трансформатор напряжения имеет обмотки с числом витков n 1 = 10000 и n 2 = 200.К вторичной обмотке присоединен вольтметр с номинальным напряжением 150В. Определить коэффициент трансформации и предельное напряжение, которое можно измерить.

№ 3. Определить число витков вторичной обмотки трансформатора, если при магнитном потоке в магнитопроводе 10 -3 Вб наведенная в ней эдс равна 220В при частоте 50Гц.

Домашнее задание

§ 39, вопросы, К-5(2-4)

(Мякишев Г.Я. «Физика 11 класс»).