Потери энергии в трансформаторе.

87. Трансформатор
Преобразует переменный ток: изменяются напряжение
и сила тока, не изменяются мощность и частота I2.
Изобрел в1878 г.—П. Н. Яблочков. В 1882 г.—И.
Ф. Усагин усовершенствовал.
Первые
высокочастотные трансформаторы - Н. Тесла в 1891 г.
Устройство
1. Замкнутый сердечник (магнитопровод): набор
пластин из трансформаторной стали.
2. Две обмотки: первичная (к генератору) и
вторичная (к нагрузке).
Принцип действия основан на законе
электромагнитной индукции.
1.Работа в режиме холостого хода, т. е. без нагрузки.
В этом выводе:
е - мгновенное
значение ЭДС;
- Ф и e сдвинуты по фазе на
Е - амплитудное
,
.
значение
ЭДС;
,
k - коэффициент
трансформации.
Эффект трансформации возникает из-за
неодинакового количества витков в первичной и
вторичной обмотках!
При холостом ходе трансформатор потребляет из сети
небольшую энергию, которая затрачивается на
перемагничивание его сердечника.
2. Работа под нагрузкой.
k>1 - понижающий
k<1 - повышающий
При включении во вторичную цепь нагрузки R в ней
возникает ток I2 той же частоты, что и ток I1.
Напряжение во вторичной цепи
. Т.к.
участки
нагрузки
присоединяются ко вторичной
обмотке трансформатора параллельно, то при
увеличении нагрузки сопротивление уменьшается, а
сила тока согласно закону Ома увеличивается. Значит,
напряжение на нагрузке уменьшается.
Магнитное поле тока I2 приводит к размагничиванию
катушки, ее индуктивное сопротивление уменьшается,
следовательно, при неизменном напряжении в
первичной обмотке сила тока в ней увеличивается.
Потери энергии в трансформаторе.
Потери энергии в трансформаторе складываются из:
- потерь на нагревание обмоток; Поэтому обмотки
делаются из меди.
- потерь на нагревание сердечника; Поэтому сердечник
делается наборным, все пластины изолированы.
- потери на перемагничивание сердечника; Сердечник
выполняется из мягкой трансформаторной стали.
При правильной конструкции КПД трансформатора
97—99%. Чем больше мощность, тем больше КПД.
КПД η 97—99%.
Производство электроэнергии.
Осуществляется производство в основном с помощью
электромеханических индукционных генераторов.
Электростанции: тепловые (ТЭЦ) и гидроэлектрические
(ГЭС), атомные (АЭС). Существуют также приливные,
ветровые.
Источники
энергии ТЭЦ:
уголь, газ, мазут, сланцы,
торф.
ГЭС
используют
потенциальную
энергию
воды.
Атомные электростанции – тепловые станции, но
использующие
вместо
энергии
сгорающего
органического топлива энергию распада атомов.
1- генератор переменного
тока;
2- повышающие
трансформаторы;
3-линия электропередачи
(ЛЭП);
4, 5, 6, 7—понижающие
трансформаторы
Потери энергии в линии
Теплота, выделяемая током на ЛЭП,
.Сопротивление ЛЭП .
Мощность в цепи переменного тока
Следовательно:
.
и
Из этой формулы видно, что для уменьшения Q нужно
либо увеличить S, что экономически невыгодно, либо
увеличить напряжение. Используются повышающие
трансформаторы.
Использование электроэнергии
Промышленность, транспорт, сельское хозяйство,
бытовое потребление (освещение, холодильники,
телевизоры). Большая
часть
электроэнергии
превращается в механическую (электродвигатели), 1/3
используется на технические цели (электросварка,
плавление, электролиз и т. п.).