Трансформатор

Тема урока: «Трансформатор»

Цели:

изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора;

совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительную деятельность учащихся, коммуникативные свойства речи;

формировать материалистическое мировоззрение и нравственные качества личности.

Ход урока:

Уже второй век человечество использует электрический ток в промышленных масштабах. И все эти годы используется в основном переменный ток. В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий свое направление 100-120 раз в секунду. В России частота переменного тока 50 Гц.

Логично предположить, что переменный ток, имеет какие то преимущества перед постоянным.

Разные потребители электрического тока рассчитаны на разные напряжения. Так, большинство электробытовых приборов рассчитано на напряжение 27 и 220 В., промышленные электродвигатели на 200, 360 и 600 в.

Электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовывать почти без потерь энергии.

ЭДС мощных генераторов электростанций довольно велика. При передаче электроэнергии используется напряжение в сотни киловатт.

Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение.

Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности ( при неизменной частоте тока), осуществляется с помощью трансформаторов.

Слайд 1

Трансформатор (от лат.transformo - преобразую) устройство для преобразования переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается практически без потери мощности

Трансформатор преобразует переменный ток так:  , P и v не изменяются.

Слайд 2

Первый трансформатор был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н.Яблочковым и усовершенствован в 1882 году другим русским ученым И.Ф.Усагиным.

Слайд 3

Трансформатор начала 20-го века Силовые трансформаторы Трансформаторные подстанции

Слайд 4

Устройство трансформатора:

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.

Слайд 5

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.

Слайд 6

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%.

Слайд 7-9

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

U₁/U₂= N₁/N₂ =K– коэффициент трансформации.

Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

При подаче на первичную обмотку трансформатора какого-либо напряжения U1 на вторичной обмотке мы получаем на выходе U2. Оно будет больше первичного, если обмотка содержит больше витков, чем первичная.

Если N2 > N1, то U2 > U1, коэффициент трансформации k < 1 и трансформатор называетсяповышающим.

Если N2 < N1 и U2 < U1, то k > 1 и трансформатор называется понижающим.

Слайд 10

При работе нагруженного трансформатора (когда к концам присоединяется цепь, потребляющая эл. энергию), или нагрузить трансформатор, то сила тока не = 0.

Т.к. ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который уменьшает изменение магнитного потока в сердечнике.

В итоге имеем: U1 I1 ≈ U2 I2

U1 / U2 ≈ I2/ I1

Это значит, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Слайд 11

Вывод: трансформатор преобразует переменный электрический ток так, что произведение силы тока на напряжение приблизительно одинаково в первичной и вторичной обмотках.

Слайд 12

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.

Слайд 13

Закрепление

1. Что такое трансформатор? (устройство для преобразования переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается практически без потери мощности)

2. Изобретатель трансформатора? (Яблочков)

3. На каком явлении основан принцип действия трансформатора? (на законе электромагнитной индукции)

4. Коэффициент трансформации? (Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока,)

5. Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?

Слайд 14

1)Какой ток можно подавать на обмотку трансформатора для его нормальной работы?

А.Переменный

Б.Постоянный

1.только А

2. только Б

3. и А, и Б

4. ни А, ни Б

2) Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220В до 660В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков во вторичной обмотке?

1.К=3, N=2520

2. К=1/3, N=280

3. К=1/3, N=2520

3) Во сколько раз изменятся тепловые потери в линии электропередачи, если на понижающую подстанцию будет подаваться напряжение 10 кВ вместо 100кВ при условии передачи одинаковой мощности

1.увеличатся в 10 раз

2. увеличатся в 100 раз

3.уменьшатся в 10раз

4. уменьшатся в 100 раз

Домашнее задание

Параграф 38 упр. 5 № 2,3

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/285026-transformator