Трансформаторы и передача энергии на расстояние

Реферат ученика 11-Г класса гимназии № 3 Недашковского Кирилла

г. Днепропетровск

Трансформатор

Вы приобрели холодильник ЗИЛ. Продавец вас предупредил, что холодильник рассчитан на напряжение в сети 220 В. А у вас в доме сетевое напряжение 127 В. Безвыходное положение? Ничуть. Просто придется сделать дополнительную затрату и приобрести трансформатор. Трансформатор — очень простое устройство, которое позволяет как повышать, так и понижать напряжение. Преобразование переменного тока осуществляется с помощью трансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П. Н. Яблочковым для питания изобретенных им «электрических свечей» — нового в то время источника света. Идея П. Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И. Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованные трансформаторы.

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками приведена на рисунке 2,

               Рис.1           Рис.2

а принятое для него условное обозначение — на рис. 3.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает э.д.с. индукции в каждой обмотке. Причем мгновенное значение э.д.с. индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой

е = - Δ Ф/ Δ t.

Если Ф = Ф0 соsωt, то

е = ω Ф0 sinωt, или

                     е = E0 sinωt ,

где E0= ω Ф0 - амплитуда э.д.с. в одном витке.

В первичной обмотке, имеющей п1 витков, полная э.д.с. индукции e1 равна п1е.

Во вторичной обмотке полная э.д.с. е2  равна п2е, где п2 - число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

   e1/ е2 = п1/ п2.  (1)

Сумма напряжения u1, приложенного к первичной обмотке, и э.д.с. e1 должна равняться падению напряжения в первичной обмотке:

u1 + e1 = i1 R1,  где R1 - активное сопротивление обмотки, а i1 - сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i1 R1 можно пренебречь. Поэтому

u1   ≈ - e1.            (2)

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

u2 ≈ - e2.                                 (3)

Так как мгновенные значения э.д.с. e1 и e2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением действующих значений E1 и E2 этих э.д.с. или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений  U1 и U2.

 U1/U2 = E1/E2 = n1/ n2= k. (4)

Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k>1, то трансформатор является понижающим, при k