Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние

или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, 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.

из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки

с проволочными обмотками.

переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборы

и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Условное обозначение трансформатора

на холостом ходу
Действие трансформатора основано

на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.

первичной или вторичной обмотки одинаково. Согласно закону Фарадея оно определяется

формулой

e = -Ф’,

где Ф’ – производная потока магнитной индукции по времени.

-ωФm sin ωt.
Следовательно,
e = ωФm sin ωt,
или
e = Εm sin

ωt,

где Εm = ωФm – амплитуда ЭДС в одном витке.

индукции e1 равна N1e. Во вторичной обмотке полная ЭДС индукции

e2 равна N2e (N2 – число витков этой обмотки). Отсюда следует, что

e1 N1

e2 N2

– = – .

можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки

приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

|u1| ≈ |e1|.

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

|u2| = |e2|.

поэтому их отношение можно заменить отношением действующих знаний E1 и

E2 этих ЭДС или, учитывая равенства |u1| ≈ |e1| и |u2| = |e2|, отношением действующих значений напряжений U1 и U2:

U1 E1 N1

U2 E2 N2

– ≈ – = – = K.

> 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1

– повышающим.

цепь, потребляющую электроэнергию, или, как говорят, нагрузить трансформатор, то сила

тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который уменьшает изменения магнитного потока в сердечнике.

в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в первичной обмотке. Однако

это невозможно, так как |u1| ≈ |e1|. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока.

в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь,

присоединенную ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

U1I1 ≈ U2I2,

U1 I2

U2 I1

– ≈ – .

в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу

тока (и наоборот).

в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов.

Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

том, что электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии

с законом Джоуля-Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

Q = I2Rt,

где R – сопротивление линии.

стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии практически весьма трудно.

Поэтому приходится уменьшать силу тока.

на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение

в линии передачи. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС – Москва и некоторых других используют напряжение 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16-20 кВ.

мер для изоляции обмоток и других частей генераторов. Поэтому на

крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

происходят в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится все

меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, - все шире.

11 кВ

110 кВ

35 кВ

6 кВ

Генератор

Линия
передачи

Линия
передачи

Линия
передачи

К потребителю

6 кВ

6 кВ

35 кВ

35 кВ

220 В

220 В

220 В

220 В

Схема передачи и распределения электроэнергии

приводящий к потерям энергии. Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть

такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.