Презентация по физике Трансформатор (11 класс)

Трансформатор Венгеровская средняя школа №2 Учитель: Иванова М.А.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — Устройство, предназначенное для повышения и понижения напряжения переменного тока, без потери мощности.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

История В 1831 английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора. 30 ноября 1876 год , дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки. Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

Павел Николаевич Яблочков родился в 1847 году в семье мелкопоместного дворянина. Электротехник, изобретатель и предприниматель. Получил образование военного инженера, окончив в 1866 году Николаевское инженерное училище. Стал сапером, но вскоре вышел в отставку. Отставной поручик увлекался электротехникой. Изучать эту область техники можно было в Офицерских гальванических классах в Петербурге. Яблочков, вновь одевает военную форму и работает над проблемами, связанными с применением электричества в военном и гражданском деле. Он окончательно вышел в отставку и в 1873 году был назначен начальником телеграфной службы Московско-Курской железной дороги. Он организовал мастерскую, где проводил работы по электротехнике, которые легли в основу его изобретений в области электрического освещения, электрических машин, гальванических элементов и аккумуляторов. К 1875 году относится одно из главных изобретений П.Н.Яблочкова – электрическая свеча, первая модель дуговой лампы. Идея создать электрическое освещение увлекла Яблочкова настолько, что он бросает работу и на свои скромные сбережения открывает в Москве лабораторию, где проводит работы по электротехнике. В 1878 году в Париже вскоре он пришел еще к одному гениальному решению: стал питать русский свет переменным током так, как это происходит и сегодня, изобрел трансформатор. В 1879 году Яблочков организовал Товарищество электрического освещения и электромеханический завод. В последние годы жизни Яблочков работал над созданием генераторов электрического тока, гальванических элементов. Был одним из инициаторов создания журнала Электричество. В историю отечественной науки П.Н.Яблочков вошел, как автор свечи Яблочкова, русского света, северного света, изобретатель трансформатора. Умер П.Н.Яблочков в 1894 году.

Устройство трансформатора. Две катушки с разными числами витков одеты в стальной сердечник Катушка, подключенная к источнику – первичная катушка. ( N1, U1, I1 ) Катушка, подключенная к потребителю – вторичная катушка. ( N2, U2, I2 ) N-число витков. U-напряжение. I-сила тока.

Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали. На нем располагаются две катушки с различным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называется первичной, она подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько. Принцип действия трансформатора. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Е1 = Е2 Потери энергии при работе трансформатора: *на нагревание обмоток, *на рассеивание магнитного потока в пространство, *на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание. Меры, принимаемые для уменьшения потерь: *обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы, *сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока, *сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи. Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает 95-99%.

Это означает, что практически вся энергия тока, проходящего по первичной обмотке трансформатора, превращается в энергию индукционного тока, возникающего во вторичной обмотке. Поскольку каждый виток первичной и вторичной обмоток пронизывает один и тот же магнитный поток, то в них возникают одинаковые ЭДС , равные по закону Фарадея для электромагнитной индукции, то: е1 = е2 = – Ф ЭДС Е1 и Е2 действующие во всей первичной или вторичной обмотках, равны произведению ЭДС в одном витке е1 или е2 на число витков в обмотке N1 и N2 Е1 = е1• N1 Е2 = е2• N2 Вывод: ЭДС, действующие в обмотках, прямо пропорциональны числу витков в них. Сила тока в первичной обмотке трансформатора во столько раз больше силы тока во вторичной обмотке, во сколько раз напряжение в ней больше напряжения в первичной обмотке: Если пренебречь падением напряжения на сопротивлениях обмоток, когда сопротивления малы, то можно записать отношение и для напряжений на обмотках трансформатора

3) Во сколько раз трансформатор увеличивает напряжение во, столько же раз и уменьшает силу тока. 4) Для трансформатора выполняется условие I1U1≈I2U2 U1 = I 2 U2 I1

Работа трансформатора на холостом ходу Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой, (этот режим трансформатора называют холостым ходом), то тока в ней не будет, а в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке. Е ~ N При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС Е2. U2 Е2 В первичной обмотке ЭДС Е1 по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными. U1 Е1 Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

Коэффициент трансформации Вывод: 1) K<,1, если N2>,N1– повышает 2). K>,1если N2<,N1 или U2<,U1 – понижает U

Использование трансформаторов. Трансформаторы используются в технике и могут быть устроены очень сложно, однако незыблемым остается принцип их действия: изменяющееся магнитное поле, созданное переменным током в первичной обмотке, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней переменный ток той же частоты, но другого напряжения. В современных мощных трансформаторах суммарные потери энергии не превышают 2–3%. на заводах и фабриках при подаче напряжения к двигателям станков 380–660 В. при передаче электроэнергии по проводам от 100 до 1000В, для электросварки и электроплавки, в радиотехнике, и др.

Эти формулы справедливы, если ни первичная, ни вторичная обмотки не содержат активного сопротивления R. Первичная обмотка, как правило, не содержит такого сопротивления, а вторая обмотка может его содержать. Если она все же не содержит сопротивления или им можно пренебречь, то напряжение на выходе такой обмотки равно напряжению U2. Когда вторичная обмотка трансформатора не имеет сопротивления R2 = 0, то кпд = 100% Апол = А затр, тогда U1 I1 t = U2 I2 t и U1 I1 = U2 I2 , то Р1 = Р2 и

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.

Решение задач Задача 1. Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока? Ответ: В этом случае трансформатор сгорит, так как первичная обмотка обычно имеет ничтожно малое сопротивление, и поэтому произойдет короткое замыкание. Задача 2. Если сопротивление первичной обмотки, подключенной к источнику постоянного тока велико, то изменится ли напряжение во вторичной обмотке? Ответ: Никакого изменения напряжения этот трансформатор дать не сможет из-за отсутствия явления электромагнитной индукции. Если такой трансформатор подключить к источнику постоянного тока, то ток пойдет по первичной обмотке и вокруг нее возникает магнитное поле, которое будет пронизывать вторичную обмотку. Т.е. магнитный поток вторичную обмотку будет пересекать, но он будет постоянным и значит скорость его изменения Ф = 0, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке Е2 = 0. Задача 3. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

Задача 4. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В? Задача 5. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%. Дома: §37, 37. подготовиться к уроку-конференции «Производство, передача и использование электрической энергии».