К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток
Обновлено: 28.04.2024
Урок по теме "Трансформаторы"
Назначение трансформатора Трансформатор – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока и напряжения в электрических цепях. 30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Трансформатор (от лат. transformo — преобразовывать)
Устройство трансформатора Перед вами школьный демонстрационный трансформатор. Внимательно рассмотрите его. Укажите основные элементы трансформатора. 2 катушки (обмотки) и замкнутый сердечник (магнитопровод) Вопрос: какое физическое явление позволяет во вторичной обмотке получать переменный электрический ток?
Принцип действия трансформатора
Применение трансформаторов Проверим наблюдательность: найдите в классе устройства, в состав которых входят трансформаторы Компьютер: блок питания, трансформаторы на материнской плате. Зарядное устройство для телефона. Блок питания Распределительный щит
Цели урока: изучить назначение, устройство и принцип действия трансформа рассмотреть применение трансформаторов в технике научиться решать задачи по теме
Самоконтроль Теоретические и практические навыки Да Нет Я могу рассказать об устройстве трансформатора. Я могу объяснить физические процессы, протекающие в трансформаторе. Я знаю где и для чего используется трансформатор. Я смогу собрать и повышающий трансформатор и понижающий трансформатор. Я смогу собрать трансформатор и продемонстрировать повышение или понижение электрического напряжения. Я смогу решить задачи, связанные с трансформацией переменного тока.
КПД трансформатора≈ 95 – 99 % возможно ли это? Нагревание обмоток Обмотка низкого напряжения делается большого сечения, так как по ней протекает ток большой силы Рассеяние магнитного потока в пространство Сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока В сердечнике возникают вихревые токи и перемагничивают его Сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи Потери энергии при работе трансформатора Меры, принимаемые для уменьшения потерь
Режим холостого хода (вторичная обмотка работает без нагрузки) Схематическое изображение трансформатора по закону Фарадея для электромагнитной индукции: е1 = е2 = – Ф‘ ε1 = е1• N1 ε 2 = е2• N2 При разомкнутой вторичной обмотке Где К - коэффициент трансформации K>1, трансформатор понижающий K<1, трансформатор повышающий
Режим нагрузки (ко вторичной обмотке подключен потребитель) Rн Задание: самостоятельно изучите раздел Работа нагруженного трансформатора § 38 Вопрос 1. Почему, при замыкании вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока I1 первичной обмотки? Вопрос 2. Каково соотношение токов и напряжений первичной и вторичной обмоток?
Виды трансформаторов Выполнил ученик 11 А класса Хухарев Андрей
Виды трансформаторов : Силовой трансформатор Автотрансформатор Трансформатор тока Трансформатор напряжения Импульсный трансформатор Согласующий трансформатор Сварочный трансформатор
1.Силовой трансформатор Силовой трансформатор постоянного тока используется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. И используется на электростанциях.
2.Автотрансформатор Автотрансформаторы используют вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше.
3.Трансформатор тока Применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку.
4.Трансформатор напряжения Применение — преобразование высокого напряжения в низкое в измерительных цепях. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.
5.Импульсный трансформатор Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса. Предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков миллисекунд.
6.Согласующий трансформатор Применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала.
7.Сварочный трансформатор Применение – предназначен для питания дуги переменным током. Силовые трансформаторы входят в состав всех сварочных выпрямителей и установок и имеют то же назначение, что и собственно сварочные трансформаторы.
Применение трансформаторов в быту Зарядное устройство для автомобиля Блоки питания компьютеров и ноутбуков Бытовая электротехника
Применение трансформаторов в промышленности Силовые трансформаторы на электростанциях и промышленных предприятиях
Сварочные трансформаторы (работают в режиме короткого замыкания)
Описание слайда:
Домашнее задание § 38, задачи № 1014,1015 (Рымкевич)
Выбранный для просмотра документ Урок Трансформаторы.docx
библиотекаматериалов
Урок №
тема урока: «Трансформаторы»
Оборудование: ЛАТР, трансформатор демонстрационный, вольтметр демонстрационный, лампочка накаливания 6В, трансформаторы лабораторные на столы учащихся.
Демонстрации: работа трансформатора на холостом ходу, работа трансформатора под нагрузкой.
Цифровые ресурсы : презентации «Трансформатор», «Виды трансформаторов», видеоролик «Принцип действия трансформатора».
Актуализация знаний учащихся.
Вопросы для учащихся:
На предыдущем уроке мы изучили тему «Генерирование электроэнергии».
Скажите, что называют генератором тока?
Какие генераторы постоянного и переменного тока вы знаете?
Какой генератор используется для получения переменного тока в промышленных масштабах?
Изучение нового материала .
Учащиеся сами называют тему урока. Для этого напомнить учащимся последний слайд презентации предыдущего урока и вопрос, который задавался надом «какое устройство преобразует напряжение и силу тока в цепях переменного тока?»
Слайд 1 . Ответ «Трансформатор».
Слайд 2. Итак, тема урока – «Трансформатор».
Теперь попробуем назвать цель урока. По какому алгоритму мы изучаем какое либо устройство?
Учащиеся пытаются сформулировать цели урока, учитель помогает.
Слайд 3. Цели урока. Цели урока определены. Ключевые слова отформатированы в виде гиперссылок.
изучить назначение, устройство и принцип действия трансформа
рассмотреть применение трансформаторов в технике
научиться решать задачи по теме.
Слайд 4 . Определение трансформатора . Краткий рассказ об изобретателе трансформатора П.Н. Яблочкове. Переход назад по стрелке на цели урока. По гиперссылке переход на слайд 5.
Слайд 5 . Устройство трансформатора. Используются лабораторные трансформаторы на столах учащихся. Учащиеся отвечают на вопрос слайда. Переход по стрелке на слайд 3.
Вопрос для учащихся . Как вы думаете, какое явление лежит в основе принципа действия трансформатора? Ответ: явление электромагнитной индукции. Слайд 6. Видеоролик.
Демонстрация работы трансформатора в режиме холостого хода с замкнутым сердечником и разомкнутым. Сделать вывод о назначении магнитопровода.
Слайд 7. КПД трансформатора. Рассказать учащимся, что КПД трансформатора является самым большим из всех известных устройств.
Слайд 8 . Режим холостого хода . Рассмотреть зависимость напряжения в обмотке от числа витков в ней.
Слайд 9. Режим нагрузки. Предложить учащимся самостоятельную работу с учебником. Ответить на вопросы:
Почему, при замыкании вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока I 1 первичной обмотки?
Каково соотношение токов и напряжений первичной и вторичной обмоток?
Демонстрация работы трансформатора в режиме нагрузки.
Слайд 9. Соотношение токов и напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
Слайд 10. Применение трансформаторов Проверить наблюдательность учащихся: найдите в классе устройства, в состав которых входят трансформаторы. (блок питания компьютера, зарядное устройство, щиты электропитания и т.д.)
Показ презентации учащегося «Виды трансформаторов» ( встроена в презентацию учителя)
Слайды 11 – 13 . Применение трансформаторов . Переход по гиперссылке на слайд «Цели урока». Переход далее на Слайд 14. Решение задач.
После решения задач перейти к Слайду 15. Самоконтроль . Учащиеся определяют для себя, что они усвоили на уроке.
IV . Закрепление изученного.
Слайд 16. Проверь себя. Даётся тест на 5 – 7 минут по изученной теме.
Слайд 17. Домашнее задание. § 38, задачи
Выставить оценки за урок!
Устройство и принцип работы трансформатора
Для преобразования электрического напряжения одной величины в электрическое напряжение другой величины, то есть для преобразования электрической мощности, применяют электрические трансформаторы.
Трансформатор может преобразовывать лишь переменный ток в переменный ток, поэтому для получения постоянного тока, переменный ток с трансформатора при необходимости выпрямляют. Для этой цели служат выпрямители.
Так или иначе, любой трансформатор (будь то трансформатор напряжения, трансформатор тока или импульсный трансформатор) работает благодаря явлению электромагнитной индукции, которое проявляет себя во всей красе именно при переменном или импульсном токе.
Устройство трансформатора
В простейшем виде однофазный трансформатор состоит всего из трех основных частей: ферромагнитного сердечника (магнитопровода), а также первичной и вторичной обмоток. В принципе обмоток у трансформатора может быть и больше двух, но минимум их две. В некоторых случаях функцию вторичной обмотки может нести на себе часть витков первичной обмотки (см. виды трансформаторов), но подобные решения встречаются достаточно редко по сравнению с обычными.
Главная часть трансформатора — ферромагнитный сердечник. Когда трансформатор работает, то именно внутри ферромагнитного сердечника присутствует изменяющееся магнитное поле. Источником изменяющегося магнитного поля в трансформаторе служит переменный ток первичной обмотки.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Известно, что любой электрический ток сопровождается магнитным полем, соответственно переменный ток сопровождается переменным (изменяющимся по величине и направлению) магнитным полем.
Таким образом, подав в первичную обмотку трансформатора переменный ток, получим изменяющееся магнитное поле тока первичной обмотки. А чтобы магнитное поле было сконцентрировано главным образом внутри сердечника трансформатора, данный сердечник изготавливают из материала с высокой магнитной проницаемостью, в тысячи раз большей чем у воздуха, чтобы основная часть магнитного потока первичной обмотки замкнулась бы именно внутри сердечника, а не по воздуху.
Таким образом переменное магнитное поле первичной обмотки сконцентрировано в объеме сердечника трансформатора, который изготавливают из трансформаторной стали, феррита или другого подходящего материала, в зависимости от рабочей частоты и назначения конкретного трансформатора.
Вторичная обмотка трансформатора находится на общем сердечнике с его первичной обмоткой. Поэтому переменное магнитное поле первичной обмотки пронизывает также и витки вторичной обмотки.
А явление электромагнитной индукции как раз и заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле наводит в пространстве вокруг себя изменяющееся электрическое поле. И поскольку в данном пространстве вокруг изменяющегося магнитного поля находится провод вторичной обмотки, то индуцированное переменное электрическое поле действует на носители заряда внутри этого провода.
Данное действие электрическим полем вызывает в каждом витке вторичной обмотки ЭДС. В результате между выводами вторичной обмотки появляется переменное электрическое напряжение. Когда вторичная обмотка включенного в сеть трансформатора не нагружена, трансформатор работает в режиме холостого хода.
Работа трансформатора под нагрузкой
Если же ко вторичной обмотке работающего трансформатора подключена некая нагрузка, то во всей вторичной цепи трансформатора возникает ток через нагрузку.
Данный ток порождает свое собственное магнитное поле, которое, по закону Ленца, имеет такое направление, что противодействует «причине, его вызывающей». То есть магнитное поле тока вторичной обмотки в каждый момент времени стремится уменьшить увеличивающееся магнитное поле первичной обмотки или же стремится поддержать магнитное поле первичной обмотки когда оно уменьшается, оно всегда направлено навстречу магнитному полю первичной обмотки.
Таким образом, когда вторичная обмотка трансформатора нагружена, в его первичной обмотке возникает противо-ЭДС, заставляющая первичную обмотку трансформатора потреблять из питающей сети больше тока.
Коэффициент трансформации
Соотношение витков первичной N1 и вторичной N2 обмоток трансформатора определяет соотношение между его входным U1 и выходным U2 напряжениями и входным I1 и выходным I2 токами, при работе трансформатора под нагрузкой. Данное соотношение называется коэффициентом трансформации трансформатора:
Коэффициент трансформации больше единицы если трансформатор понижающий, и меньше единицы — если трансформатор повышающий.
Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения является разновидностью понижающего трансформатора, предназначенной для гальванической развязки цепей высокого напряжения от цепей низкого напряжения.
Обычно, когда речь идет о высоком напряжении, имеют ввиду 6 и более киловольт (на первичной обмотке трансформатора напряжения), а под низким напряжением понимают величины порядка 100 вольт (на вторичной обмотке).
Такой трансформатор применяется, как правило, для измерительных целей. Он понижает, например, высокое напряжение линии электропередач до удобного для измерения низковольтного напряжения, при этом может также гальванически изолировать цепи измерения, защиты, управления, - от высоковольтной цепи. Трансформатор данного типа обычно работает в режиме холостого хода.
Трансформатором напряжения можно назвать в принципе и любой силовой трансформатор, применяемый для преобразования электрической мощности.
Трансформатор тока
У трансформатора тока первичная обмотка, состоящая обычно всего из одного витка, включается последовательно в цепь источника тока. Данным витком может выступать участок провода цепи, в которой необходимо измерить ток.
Провод просто продевается через окно сердечника трансформатора и становится этим самым единственным витком — витком первичной обмотки. Вторичная же его обмотка, имеющая много витков, подключается к измерительному прибору, отличающемуся малым внутренним сопротивлением.
Трансформаторы данного типа используются для измерения величин переменного тока в силовых цепях. Здесь ток и напряжение вторичной обмотки оказываются пропорциональны измеряемому току первичной обмотки (токовой цепи).
Трансформаторы тока широко применяются в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, поэтому обладают высокой точностью. Они делают измерения безопасными, так как гальванически надежно изолируют измерительную цепь от первичной цепи (обычно высоковольтной — десятки и сотни киловольт).
Импульсный трансформатор
Данный трансформатор предназначен для преобразования тока (напряжения) импульсной формы. Короткие импульсы, обычно прямоугольные, подаваемые на его первичную обмотку, заставляют трансформатор работать практически в режиме переходных процессов.
Такие трансформаторы используются в импульсных преобразователях напряжения и других импульсных устройствах, а также в качестве дифференцирующих трансформаторов.
Применение импульсных трансформаторов позволяет снизить вес и стоимость устройств, в которых они применяются просто в силу повышенной частоты преобразования (десятки и сотни килогерц) по сравнению с сетевыми трансформаторами, работающих на частоте 50-60 Гц. Прямоугольные импульсы, у которых длительность фронта много меньше длительности самого импульса, нормально трансформируются с малыми искажениями.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение
Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.
Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.
Назначение трансформаторов
Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.
Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.
Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:
- импульсные трансформаторы;
- силовые трансформаторы;
- трансформаторы тока.
Принцип работы трансформатора
Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.
Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.
Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.
Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.
Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.
Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.
Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.
Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.
Идеальный трансформатор
Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.
Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Потери энергии в трансформаторе
Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.
В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.
Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд - ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!
Задачи на тему «Трансформатор» с решением
Трансформатор – устройство для изменения напряжения или тока. В сегодняшней статье рассмотрим несколько простых задач на расчет трансформаторов.
Подписывайтесь на нас в телеграме, чтобы не пропустить ничего важного. А если хотите получить скидку – загляните на наш второй канал с акциями и бонусами для клиентов.
Задачи на расчет трансформаторов
Специально для тех, кто не знает, как подступиться к задачам по физике, мы подготовили памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам.Задача на трансформатор №1
Условие
Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора,имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.
Решение
Применим форулу для коэффициента трансформации:
k = N 1 N 2 = U 1 U 2
Из данной формулы следует, что:
U 1 = U 2 · N 1 N 2
Подставим значения и вычислим:
U 1 = 50 · 2000 5000 = 20 В
Ответ: 20 В.
Задача на трансформатор №2
Условие
Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением 220 В, по ней проходит ток 0,5 А. На вторичной обмотке напряжение составляет 9,5 В, а сила тока равна 11 А. Определите коэффициент полезного действия трансформатора.
Решение
Формула для коэффициента полезного действия трансформатора:
η = P 2 P 1 · 100 %
Здесь P=UI – мощность тока в обмотке.
Возьмем данные из условия и применим указанную формулу:
η = U 2 I 2 U 1 I 1 · 100 % η = 9 , 5 · 11 220 · 0 , 5 · 100 % = 95 %
Ответ: 95%
Задача на трансформатор №3
Условие
Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь
Решение
Напряжение на вторичной обмотке будет равно:
U 2 = U 1 k U 2 = 220 5 = 44 В
Если считать, что потерь энергии нет, то мощность во вторичной обмотке будет такая же, как и в первичной:
I 2 = P 2 U 2 = 44 В т 44 В = 1 А
Ответ: 1А
При решении задач не забывайте проверять размерности величин!
Задача на трансформатор №4
Условие
Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а коэффициент трансформации равен 10?
Решение
Сначала определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора:
U 2 = U 1 k = 1000 10 = 100 В
Запишем формулу для КПД трансформатора и рассчитаем:
η = P 2 P 1 · 100 % = U 2 I 2 P 1 · 100 % η = 100 · 3 , 8 400 · 100 % = 95 %
Ответ: 95%
Задача на трансформатор №5
Условие
Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону Ф = 0 , 01 sin 100 π t . Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.
Решение
По закону электромагнитной индукции:
Продифференцируем магнитный поток по времени:
d Ф d t = d ( 0 , 01 sin 100 π t ) d t = 0 , 01 · 100 π · cos 100 π t = πcos 100 πt
Подставим результат в формулу для ЭДС:
ε = - N π cos ( 100 π t )
От минуса в данном выражении можно избавиться с помощью формул тригонометрии. Сделаем это и запишем окончательный результат:
ε = N π sin ( 100 π t - π 2 ) = 95 π sin ( 100 π t - π 2 )
Ответ: 95 π sin ( 100 π t - π 2 )
Вопросы на тему «Трансформаторы»
Вопрос 1. Что такое трансформатор?
Ответ. Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более связанные обмотки на магнитопроводе. Трансформатор предназначен для преобразования одной величины напряжения и тока в другое без изменения частоты посредством электромагнитной индукции.
Основное назначение трансформаторов: изменять напряжение переменного тока.
Вопрос 2. Где используются трансформаторы?
Ответ. Трансформатор – очень распространенное устройство в электронике и электротехнике. Трансформаторы используются:
- В сетях передачи электроэнергии.
- В радиоэлектронных приборах (услилители низкой частоты и т.д.)
- В источниках электропитания практически всех бытовых приборов.
Вопрос 3. Какие бывают трансформаторы?
Ответ. Трансформаторы делятся на:
- силовые;
- сварочные;
- измерительные;
- импульсные;
- разделительные;
- согласующие и т.д.
Помимо этого трансформаторы разделяют по числу фаз: однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.
Вопрос 4. Из чего состоит простейший трансформатор?
Ответ. Основными элементами любого трансформатора являются изолированные обмотки, намотанные на сердечник.
Вопрос 5. Когда изобрели трансформатор?
В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.
Проблемы с учебой? Обращайтесь в сервис помощи студентам в любое время!
Мы поможем сдать на отлично и без пересдач- Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
- Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
- Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
- Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Как работает трансформатор напряжения
Для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжения другой величины, используют трансформатор напряжения. Трансформатор напряжения работает благодаря явлению электромагнитной индукции: изменяющийся во времени магнитный поток порождает ЭДС в пронизываемой им обмотке (или обмотках).
Первичная обмотка трансформатора соединяется своими выводами с источником переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки присоединяется нагрузка, которую необходимо питать напряжением более низким или более высоким, чем напряжение источника, от которого питается данный трансформатор.
Благодаря наличию сердечника (магнитопровода), магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой трансформатора, не рассеивается где попало, а сосредоточен главным образом в ограниченном сердечником объеме. Переменный ток, действующий в первичной обмотке, намагничивает сердечник то в одном, то — в противоположном направлении, при этом изменение магнитного потока происходит не рывками, а гармонически, синусоидально (если речь идет о сетевом трансформаторе).
Можно сказать, что железо сердечника увеличивает индуктивность первичной обмотки, то есть повышает ее способность создавать магнитный поток при прохождении тока, и улучшает свойство препятствовать нарастанию тока при приложении к выводам обмотки напряжения. Поэтому на холостом ходу (в не нагруженном режиме) трансформатор потребляет сущие миллиамперы, хотя изменяющееся напряжение на обмотку действует.
Вторичная обмотка является у трансформатора принимающей. Она принимает изменяющийся магнитный поток, порождаемый током первичной обмотки, и посылаемый благодаря магнитопроводу сквозь свои витки. Изменяющийся с определенной скоростью магнитный поток, пронизывающий витки вторичной обмотки, по закону электромагнитной индукции наводит в каждом ее витке определенную ЭДС. Эти индуцированные ЭДС складываются в каждый момент времени от витка к витку, формируя напряжение вторичной обмотки (напряжение холостого хода трансформатора).
Здесь своевременным будет отметить, что чем быстрее изменяется магнитный поток в сердечнике, тем большее напряжение наводится на каждом витке вторичной обмотки трансформатора. А поскольку и первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком (создаваемым переменным током первичной обмотки), то и напряжение на каждом витке как первичной, так и вторичной обмотки, получается одинаковым, исходя из величины магнитного потока и скорости его изменения.
Если копнуть глубже, то изменяющийся магнитный поток в сердечнике создает в пространстве вокруг себя электрическое поле, напряженность которого тем больше, чем выше скорость изменения магнитного потока, и чем больше величина этого изменяющегося магнитного потока. Данное вихревое электрическое поле действует на электроны, расположенные в проводе вторичной обмотке, толкает их в определенную сторону, поэтому на концах вторичной обмотки можно измерить электрическое напряжение.
Если ко вторичной обмотке трансформатора подключить нагрузку, то по ней потечет ток, а значит в сердечнике возникнет магнитный поток, создаваемый этим током вторичной обмотки.
Магнитный поток, порождаемый током вторичной обмотки, то есть током нагрузки, окажется направлен (см. правило Ленца) против магнитного потока первичной обмотки, и значит наведет в первичной обмотке противо-ЭДС, которая приведет к росту тока в первичной обмотке, и соответственно - к увеличению потребляемой трансформатором от сети мощности.
Возникновение противоположного первичному, вторичного магнитного потока внутри сердечника, в качестве эффекта от подключенной нагрузки, эквивалентно уменьшению индуктивности первичной обмотки. Вот почему трансформатор под нагрузкой потребляет значительно больше электрической энергии, чем на холостом ходу.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Работа силового трансформатора на активную, индуктивную и емкостную нагрузку
Трансформатор – это электрическая машина, которая преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
В первых сетях для передачи электрической энергии использовался постоянный ток. Напряжение в сетях зависело от изоляционной способности применяемых материалов и составляло, как правило, 110 В.
С ростом пропускной мощности сетей появилась необходимость увеличения поперечного сечения проводов для того, чтобы потери напряжения оставались в приемлемых пределах.
И только изобретение трансформатора позволило экономично вырабатывать электрическую энергию на крупных электростанциях, передавать ее под высоким напряжением на большие расстояния и затем понижать напряжение до безопасного значения перед подачей электричества потребителям.
Без трансформаторов сегодняшние структуры сетей электроснабжения с их уровнями высокого и сверхвысокого, среднего и низкого напряжения были бы просто не возможны. Трансформаторы используются как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях.
Работа силового трехфазного трансформатора значительно различается на какую нагрузку он работает – активную, индуктивную или емкостную. В реальных условиях нагрузкой трансформатора является активно-индуктивная нагрузка.
Рисунок 1 – Трехфазный силовой трансформатор
1. Режим работы на активную нагрузку
В этом режиме напряжение первичной обмотки близко к номинальному U1 = U1ном, ток первичной обмотки I1 определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током I2ном = P2 / U2ном.
По данным измерений аналитически определяют коэффициент полезного действия трансформатора:
где P1 – активная мощность первичной обмотки трансформатора, P2 – мощность, которая отдается в цепь питания вторичной обмоткой трансформатора.
Зависимость КПД трансформатора в функции от относительного тока первичной обмотки изображена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Зависимость КПД трансформатора от относительного тока первичной обмотки
В режиме активной нагрузки вектор тока вторичной обмотки сонаправлен с вектором напряжения вторичной обмотки, следовательно, увеличение тока нагрузки вызывает снижение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме активной нагрузки трансформатора
2. Режим работы на индуктивную нагрузку
В режиме индуктивной нагрузки вектор тока вторичной обмотки отстаёт от вектора напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Снижение величины индуктивности, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к снижению вторичного напряжения.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме индуктивной нагрузки трансформатора
3. Режим работы на ёмкостную нагрузку
В режиме ёмкостной нагрузки вектор тока вторичной обмотки опережает вектор напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Увеличение ёмкости, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к увеличению вторичного напряжения.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме ёмкостной нагрузки трансформатора
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Как получить постоянное напряжение из переменного
Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:
.JPG)
Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).
Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.
Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения
получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?
Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:
В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.
Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора
Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:
Цепляем его к диодному мосту по схеме выше
И цепляемся осциллографом:
Как вы видите, пульсации все равно остались.
Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.
Получаем 0,226 микрофарад.
Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.
А вот собственно и осциллограмма
Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.
Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.
А вот собственно и она
Ну вот. Совсем ведь другое дело!
Итак, сделаем небольшие выводы:
Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя
Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!
Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).
Читайте также: