Презентация на тему трансформаторы по электротехнике. Презентация к уроку: трансформаторы,устройство, принцип действия

Слайд 2

Определение

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Слайд 3

История

В 1831 году 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 особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.

Слайд 4

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Слайд 5

Принцип работы

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм). Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

Слайд 6

Работа

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

Слайд 7

Слайд 8

Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит: ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Слайд 9

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор - трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на гистерезис и вихревые токи и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии.

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

ТРАНСФОРМАТОРЫ, устройство, принцип действия

Выполнил: учитель физики

МБОУ Ишунский УВК

муниципального образования

Красноперекопский район

Республики Крым

Бургу Николай Амвросиевич

Цели урока:

• изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора;
• научиться определять КПД трансформатора;
• применение трансформатора.

Трансформатор –

• устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения и силы электрического тока.

История создания трансформатора

• В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, которое легло в основу работы трансформатора. В этом же году появилось его схематическое изображение. Хоть Фарадей в своих опыта и использовал подобие современного трансформатора, однако основное свойство трансформатора – трансформация токов и напряжений, было открыто позже.
• В 1848 году французским механиком Г.Румкорфом была изобретена индукционная катушка (индуктивность) – прообраз трансформатора.
• Датой же рождения первого трансформатора считается 30 ноября 1876 года , когда русский изобретатель П. Н. Яблочков получил патент на трансформатор с разомкнутым сердечником. Это был стержень с намотанными на него обмотками.
• В 1884 году в Англии братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсонами был создан первый трансформатор с замкнутым сердечником.
• В конце 1880-х инженером Д. Свинберном было изобретено масляное охлаждение трансформатора – это повысило надежность и долговечность его обмоток.
• В 1889 году русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский вместе с предложенной им трехфазной системой переменного тока создал первый трехфазный трансформатор.
• Дальнейшее развитие трансформаторов сводилось к усовершенствованию материала сердечника, что позволило снизить потери и значительно увеличить эффективность трансформаторов.

Стальной сердечник

Стальной сердечник

• Внешний вид разобранного трансформатора

Элементы трансформатора:

Пластины стального сердечника

Пластины стального сердечника

Катушка с проволочной обмоткой

Работа трансформатора

Первичная обмотка

Вторичнаяобмотка

1 трансформатор является понижающим, а при K " width="640"

Работа 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. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода , то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.
• Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N 1 витков) обозначить как ε 1 , а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N 2 витков) как ε 2 , то имеет место следующее соотношение:

• Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.
• Величина K называется коэффициентом трансформации. При K 1 трансформатор является понижающим, а при K

Работа трансформатора под нагрузкой

• Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции. 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. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

• Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Виды трансформаторов:

• Силовой трансформатор

Данный вид трансформатора предназначен для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

• Трансформатор тока

Трансформатор тока – трансформатор, предназначенный для измерения больших токов.

Этот вид трансформаторов широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, отсюда – требования к максимальной точности.

• Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения – трансформатор, предназначенный для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА (релейной защиты и автоматики). Применение этого вида трансформатора позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

• Автотрансформатор

Автотрансформатор – вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Преимуществом этого вида трансформатора является достаточно высокий КПД (преобразованию подвергается только часть мощности).

• Импульсный трансформатор

Этот вид трансформатора предназначен для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса.

• Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор – трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана с вторичными обмотками. При работе с этим видом трансформатора нет угрозы поражения током при одновременном прикасании к земле и токоведущим частям (или нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции).

• Пик-трансформатор

Пик-трансформатор – трансформатор, преобразующий синусоидальное напряжение в импульсы пикообразной формы. Данный вид трансформаторов применяется для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми и электронными устройствами.

Силовой трансформатор

Трансформатор

Импульсный

Трансформатор

напряжения

трансформатор

Автотрансформатор

ЗАКРЕПЛЕНИЕ

• Вопросы:

1. На каком принципе базируется работа трансформатора?

2. Можно ли трансформировать постоянный ток?

3. Почему нагруженный трансформатор потребляет очень мало энергии?

4. Для чего сердечник трансформатора набирают из тонких стальных пластин, изолированных друг от друга?

5. Виды трансформаторов по принципу работы и по применению?

6. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора для повышения напряжения от 220В до 11 000В, если в первичной обмотке 20 витков?

7. Какую роль играет трансформатор в жизни человека?

30 ноября30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.1876 года патентаЯблочковым Павлом Николаевичем Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон [. В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.1884 году

Трансформа́тор (от лат. transformo преобразовывать) это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного токалат. магнитопроводеэлектромагнитной индукции

Трансформа́тор Те́слы единственное из изобретений Николы Теслы, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Теслы» также известен под названием «катушка Теслы». Прибор был создан 22 сентября 1896 года и заявлен как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока в самых различных областях применения электроэнергетике, электронике и радиотехнике. Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.автотрансформатормагнитопроводферромагнитного магнито-мягкого

Устройство трансформатора. Две катушки с разными числами витков одеты в стальной сердечник Катушка, подключенная к источнику – первичная катушка. (N 1, U 1, I 1) Катушка, подключенная к потребителю – вторичная катушка. (N 2, U 2, I 2) N-число витков. U-напряжение. I-сила тока.

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: 1.Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)электрический токмагнитное полеэлектромагнетизм 2.Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)ЭДСэлектромагнитная индукция На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.магнитный потокэлектромагнитной индукцииЭДСпервой производной В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Режим холостого хода Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.КПД

Коэффициент трансформации Вывод: если K N 1 или U 2 >U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 "> U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 "> U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 " title="Коэффициент трансформации Вывод: если K N 1 или U 2 >U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 "> title="Коэффициент трансформации Вывод: если K N 1 или U 2 >U 1, то трансформатор повышающий; если K>1если N 2 1если N 2 ">

Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня. Применение в электросетях Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения.

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.

Применение в источниках электропитания. Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения).телевизорекинескопаумножитель напряжения

Силовой трансформатор трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово "силовой" отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (кВ), городских электросетей (как правило 6 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт). ЛЭП