Трансформатор

43 № Сабақ / Урок № 43

Сабақ жоспары / План урока

Сабақтың тақырыбы / Тема урока

Трансформатор

Трансформаторы

Одно из важных преимуществ переменного тока перед постоянным заключается в том, что напряжение переменного тока относительно легко поддается изменению с помощью электромагнитной индукции, а способы преобразования постоянного тока сложны.

Трансформатор был изобретен П.Н. Яблочковым в 1876 г. Трансформатор состоит из замкнутого сердечника (рис. 5), сделанного из мягкой стали или феррита, на котором имеются две изолированные друг от друга катушки (их называют обмотками) с разным числом количеством витков.

Рисунок 1- Трансформатор

Первичная обмотка включается в сеть переменного тока, а вторичная обмотка – соединяется с потребителем. Ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток (Рисунок 2), который наводит одинаковую ЭДС индукции в каждом витке обеих обмоток.

Рисунок 2 – Принцип работы трансформатора

Если первичная обмотка имеет N₁ витков, а вторичная N₂, то ЭДС индукции прямо пропорциональны числу витков в них:

При разомкнутой цепи вторичной обмотки (холостой ход трансформатора) напряжение U₂ на ее зажимах равно ЭДС - ε₂. В первичной обмотке при этом течет слабый ток I₀, который называют током холостого хода. Так как падение напряжения на сопротивлении очень мало, то напряжение U₁ немного больше ЭДС - ε₁, но практически равно U₁≈ε₁.

Таким образом, при холостом ходе трансформации напряжение на обмотках прямо пропорционально числу витков обмоток:

Если число витков во вторичной обмотке N₂ больше, чем в первичной N₁, то трансформатор называют повышающим, а если N₂ меньше, чем N₁ – понижающим. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называют коэффициентом трансформации:

Итак, если k>1 то трансформатор является понижающим,

а если k<1 то - повышающий.

Когда цепь вторичной обмотки замыкается (к трансформатору подключается нагрузка), то ток вторичной обмотки I₂ создает в сердечнике магнитный поток, направленный навстречу потоку первичной обмотки. Ослабление потока в сердечнике уменьшает ЭДС ε₁ в первичной обмотке. Поэтому ток в ней возрастает до такого значения I₁, при котором ее магнитный поток скомпенсирует встречный поток вторичной катушки и результирующий поток в сердечнике останется прежним.

Поскольку магнитный поток катушки пропорционален числу ее витков и току, то можно приближенно считать, что I₁N₁ = I₂N₂ (на самом деле произведение I₁N₁ немного больше I₂N₂). Отсюда, можно сказать, что сила тока в обмотках обратно пропорциональна числу витков:

Падение напряжение на сопротивления обмоток невелики, поэтому можно считать U₁≈ε₂ и U₁≈ε₂, т.е. выражение приближенно справедливо и для трансформатора с нагрузкой.

Из выражений выше написанных выражений следует:

Это означает, что мощности тока в первичной обмотке и вторичной обмотки примерно равны.

Учитывая, что:

можем всегда найти нужную величину напряжения или силы тока, количество витков в катушках.

Тогда КПД определяется как:

На Рисунке 3 представлено схематическое изображение трансформатора.

Рисунок 3 - Схематическое изображение трансформатора

Использование трансформаторов

В современной технике нашли широкое применение трансформаторы различных конструкций. В радиотехнических устройствах используются небольшие, маломощные трансформаторы, имеющие обычно несколько обмоток (понижающих или повышающих напряжение источника переменного тока). В электротехнике часто применяются так называемые трехфазные трансформаторы, предназначенные для одновременного повышения или понижения трех напряжений, сдвинутых по фазе относительно друг друга на углы 120°.

Трансформаторы используются в технике и могут быть устроены очень сложно, однако всегда 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.

Домашнее задание:

1. Прочесть Учебник «Физика 11 класс. 1 часть» С.Туякбаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, В.Кем, В.Загайнова; с. 79 – 84

2. Составить опорный конспект из материала 43.docx– формулы и рисунки 2,3 обязательно.

3. Выполнить задание к уроку 43: Упр 10 (4,5)

4. Задания сфотографировать поместить в ворд и прикрепить на портал

Скачано с www.znanio.ru