Почему ненагруженный трансформатор потребляет очень мало энергии

Консультации и решение задач по физике.

Лучшие эксперты в этом разделе

Коцюрбенко Алексей Владимирович
Статус: Модератор
Рейтинг: 1693
Gluck
Статус: 10-й класс
Рейтинг: 462
Roman Chaplinsky / Химик CH
Статус: Модератор
Рейтинг: 385
Перейти к консультации №:

Уважаемые эксперты. Помогите в поиске ответов на вопросы о работе транформатора.
1. Изменится ли соотношение между напряжениями на клеммах первичной и вторичной катушек трансформатора, если железный сердечник заменить медным?
2. Ток во вторичной катушке трансформатора зависит от сопротивления подключенных приборов. Изменится ли в связи с этим ток в первичной катушке, и если изменится, то как это происходит.
3. Почему ненагруженный трансформатор использует очень мало энергии?
4. Обмотки трансформатора изготовлены из проводов разной толщины. Почему?
5. Изменяется ли мощность тока при преобразовании его в трансформаторе?
Спасибо.

Состояние: Консультация закрыта

Здравствуйте, Igor58!
1. Теоретически (т. е. пренебрегая сопротивлением катушек) – нет. Практически такая глупость (медный сердечник) никому в голову не придёт – уж лучше воздух, чем эта медь.
3. На это лучше ответить раньше, чем на 2. "Ненагруженный трансформатор" означает, что первичная катушка подключена к источнику напряжения, а ко вторичной ничего не подключено. Протекающий по виткам первичной катушки переменный ток создаёт в сердечнике переменное магнитное поле. При этом в каждом витке обеих катушек наводится (практически одинаковая) переменная ЭДС. Та, что в первичной, называется "ЭДС самоиндукции". В соответствии с т.н. "правилом Ленца" она "препятствует изменению магнитного поля", т.е направлена противоположно приложенному к первичной катушке внешнему напряжению. В определённый момент наступает равновесие: – разность между ЭДС самоиндукции и внешним напряжением, делённая на сопротивление первичной катушки, – это как раз величина тока, достаточная для создания магнитного поля. Число витков первичной катушки рассчитано так, что при допустимом значении магнитной индукции в "железном" (по ГОСТу – "сталь электротехническая") сердечнике (1,0 – 1,3 Тл) ЭДС самоиндукции практически равна внешнему напряжению; сечение провода катушки достаточно велико, чтобы её "омическое" сопротивление было небольшим. В итоге на "холостом ходу" потери в сопротивлении первичной катушки совершенно ничтожны – около 0,1% от "номинальной" мощности. Более существенны "потери в железе" от перемагничивания – около 1% (чем размеры трансформатора больше, тем процент меньше).
2. Когда ко вторичной катушке трансформатора подключаются какие-то приборы, в ней появляется ток. В соответствии с тем же "правилом Ленца" он "препятствует изменению магнитного поля", но теперь стремится это поле ослабить. Но при этом уменьшается ЭДС самоиндукции, наводимая тем же самым полем в первичной катушке, а значит разность между ЭДС самоиндукции и внешним напряжением увеличивается. От этого растёт ток в первичной катушке, пока снова не наступит равновесие – дополнительное число "ампервитков" первичной катушки станет таким же, как у вторичной.
4. В принципе можно и из проводов одной толщины – работать будет, но плохо, с лишними потерями. Если обмотку низшего напряжения сделать из тонкого провода – либо будет перегреваться, либо придётся ограничить отдаваемую мощность; в любом случае КПД ухудшается. Если обмотку высшего напряжения сделать из толстого провода – либо она не поместится в "окне" сердечника (потому что витков потребуется всё равно столько же, независимо от толщины), либо придётся бесполезно увеличить размер сердечника – опять ухудшение. Анализ и практика показывают, что наилучший результат будет, если плотность тока в проводах обеих катушек одинакова. Отсюда вытекает: а) сечение проводов д.б. обратно пропорционально числу витков, чем меньше витков, тем толще провод; б) расход материала (меди, алюминия) на каждую катушку одинаков.
5. Потребляемая первичной стороной мощность несколько больше, чем отдаваемая на вторичной – за счёт неизбежных потерь. Однако хорошо рассчитанные трансформаторы (особенно крупные) имеют очень высокий КПД – до 0,98, поэтому практически можно считать, что мощность не изменяется.

Читайте также:  Как защитить ноутбук от воды
Консультировал: SFResid (Мастер-Эксперт)
Дата отправки: 26.11.2007, 13:13

0

Отправлять сообщения
модераторам могут
только участники портала.
ВОЙТИ НА ПОРТАЛ »
регистрация »

Консультации и решение задач по физике.

Лучшие эксперты в этом разделе

Коцюрбенко Алексей Владимирович
Статус: Модератор
Рейтинг: 1693
Gluck
Статус: 10-й класс
Рейтинг: 462
Roman Chaplinsky / Химик CH
Статус: Модератор
Рейтинг: 385
Перейти к консультации №:

Уважаемые эксперты. Помогите в поиске ответов на вопросы о работе транформатора.
1. Изменится ли соотношение между напряжениями на клеммах первичной и вторичной катушек трансформатора, если железный сердечник заменить медным?
2. Ток во вторичной катушке трансформатора зависит от сопротивления подключенных приборов. Изменится ли в связи с этим ток в первичной катушке, и если изменится, то как это происходит.
3. Почему ненагруженный трансформатор использует очень мало энергии?
4. Обмотки трансформатора изготовлены из проводов разной толщины. Почему?
5. Изменяется ли мощность тока при преобразовании его в трансформаторе?
Спасибо.

Состояние: Консультация закрыта

Здравствуйте, Igor58!
1. Теоретически (т. е. пренебрегая сопротивлением катушек) – нет. Практически такая глупость (медный сердечник) никому в голову не придёт – уж лучше воздух, чем эта медь.
3. На это лучше ответить раньше, чем на 2. "Ненагруженный трансформатор" означает, что первичная катушка подключена к источнику напряжения, а ко вторичной ничего не подключено. Протекающий по виткам первичной катушки переменный ток создаёт в сердечнике переменное магнитное поле. При этом в каждом витке обеих катушек наводится (практически одинаковая) переменная ЭДС. Та, что в первичной, называется "ЭДС самоиндукции". В соответствии с т.н. "правилом Ленца" она "препятствует изменению магнитного поля", т.е направлена противоположно приложенному к первичной катушке внешнему напряжению. В определённый момент наступает равновесие: – разность между ЭДС самоиндукции и внешним напряжением, делённая на сопротивление первичной катушки, – это как раз величина тока, достаточная для создания магнитного поля. Число витков первичной катушки рассчитано так, что при допустимом значении магнитной индукции в "железном" (по ГОСТу – "сталь электротехническая") сердечнике (1,0 – 1,3 Тл) ЭДС самоиндукции практически равна внешнему напряжению; сечение провода катушки достаточно велико, чтобы её "омическое" сопротивление было небольшим. В итоге на "холостом ходу" потери в сопротивлении первичной катушки совершенно ничтожны – около 0,1% от "номинальной" мощности. Более существенны "потери в железе" от перемагничивания – около 1% (чем размеры трансформатора больше, тем процент меньше).
2. Когда ко вторичной катушке трансформатора подключаются какие-то приборы, в ней появляется ток. В соответствии с тем же "правилом Ленца" он "препятствует изменению магнитного поля", но теперь стремится это поле ослабить. Но при этом уменьшается ЭДС самоиндукции, наводимая тем же самым полем в первичной катушке, а значит разность между ЭДС самоиндукции и внешним напряжением увеличивается. От этого растёт ток в первичной катушке, пока снова не наступит равновесие – дополнительное число "ампервитков" первичной катушки станет таким же, как у вторичной.
4. В принципе можно и из проводов одной толщины – работать будет, но плохо, с лишними потерями. Если обмотку низшего напряжения сделать из тонкого провода – либо будет перегреваться, либо придётся ограничить отдаваемую мощность; в любом случае КПД ухудшается. Если обмотку высшего напряжения сделать из толстого провода – либо она не поместится в "окне" сердечника (потому что витков потребуется всё равно столько же, независимо от толщины), либо придётся бесполезно увеличить размер сердечника – опять ухудшение. Анализ и практика показывают, что наилучший результат будет, если плотность тока в проводах обеих катушек одинакова. Отсюда вытекает: а) сечение проводов д.б. обратно пропорционально числу витков, чем меньше витков, тем толще провод; б) расход материала (меди, алюминия) на каждую катушку одинаков.
5. Потребляемая первичной стороной мощность несколько больше, чем отдаваемая на вторичной – за счёт неизбежных потерь. Однако хорошо рассчитанные трансформаторы (особенно крупные) имеют очень высокий КПД – до 0,98, поэтому практически можно считать, что мощность не изменяется.

Читайте также:  Почему наушники стали тихо играть на компьютере
Консультировал: SFResid (Мастер-Эксперт)
Дата отправки: 26.11.2007, 13:13

0

Отправлять сообщения
модераторам могут
только участники портала.
ВОЙТИ НА ПОРТАЛ »
регистрация »

Знаете ли вы, что существуют нагруженные и ненагруженные трансформаторы, работа которых значительно отличается? Имея понятие о том, в чем их разница, можно научиться контролировать мощность и напряжение электричества.

Во время работы с оборудованием происходят незначительные потери мощности. Поэтому, потребители получают не все 100% электроэнергии. Нагревается трансформатор, а также магнитопровод с обмотками. Разные конструкции имеют неодинаковые показатели.

Трансформатор работает только благодаря току. Меняется поступающее напряжение, чтобы не допустить взрыва электроприборов. Есть четыре вида подобных устройств:

  1. Силовой.
  2. Разделительный.
  3. Согласующий.
  4. Измерительный.

Силовой зачастую применяется для подключения к энергетической цепи. В таком случае может иметься больше двух мотков. Прибор бывает, как для бытовой сети, так и промышленной.

Особенность установки

Отличительными являются автотрансформаторы, которые имеют всего лишь один совмещенный моток.

Однофазовое и многофазовое оборудование имеет разную номинальную мощность. Диапазон составляет от 10 до 1000 кВА. Средние типы обладают мощностью 20-630 кВА. Параметрам свыше 1000 кВА понадобится установка высоких мощностей.

Основные режимы работы

Зависимо от силы сопротивления и нагрузки, у трансформаторов существует несколько режимов работы:

  1. Холостой ход.
  2. Короткое замыкание.

Обладая информацией о схеме замещения, можно исследовать нужные режимы работы трансформатора.

Холостой ход

Когда переменный ток проходит по первичному мотку, во внутреннем стержне возникает магнитный поток с переменами, накаляющий электродвижущую силу индукции каждой обмотки. Сердечник контролирует магнитное поле, из-за чего поток присутствует только в сердечнике и равномерен во всех сечениях.

Режим холостого хода или разомкнутая цепь второй обмотки уменьшает ток из-за сопротивления мотка. В таком состоянии потребляется небольшая мощность.

Читайте также:  Как в маткаде поставить звездочку

Под нагрузкой

Состояние короткого замыкания – это режим, во время которого провода вторичного мотка замкнуты токопроводом, а сопротивление равно нулю. В эксплуатационном состоянии короткое замыкание активирует аварийный режим, потому что при таких обстоятельствах вторичный и первичный токи увеличиваются в 10-20 раз.

Поэтому, цепи с трансформаторами защищены автоматическим отключением.

Метод проведения опыта

Утраты холостого хода вычисляются во время настройки режима. Для подготовки к операции отключается подача тока в обмотку. Они остаются разомкнутыми. Далее цепи снабжаются электроэнергией, но только на первом контуре. Приспособление должно работать под установленным напряжением.

Сквозь первичный контур сварочной или силовой установки проходит ток под названием ХХ. Величина равна 3-9% от заданных показателей. При этом на мотке второстепенного контура нет подачи электроэнергии. На исходном контуре производится поток вектора магнитной индукции, который обеспечивает ток, пересекающий оборот двух обмоток. Также появляется электродвижущая мощность самоиндукции на первичном, а взаимоиндукция – на вторичных контурах.

Отличительные особенности работы нагруженного трансформатора

Кратко о том, какие качества выделяют нагруженные трансформаторные устройства.

При нагрузке, в отличии от холостого хода, к трансформаторному вторичному мотку присоединяется пользователь электроэнергии. Это замыкает начальную и второстепенную обмотку, после чего в них начинает проходить переменный ток, который увеличивает силу магнита в первичной и вторичной обмотке. Колебания магнитодвижущих сил обмоток практически не отличаются, максимум на 2-3 процента.

Магнитная сила вторичной обмотки устроена так, что практически полностью возмещает первичную. Колебание суммарной силы, действующая в магнитопроводе, равна двум-трем процентам от магнитной силы одной из обмоток. Поток накаляется под влиянием суммарной силы, из-за чего амплитуда потока не зависит от основного, вторичного мотка и примерно равна колебанию в холостом обороте.

Нагруженный трансформатор кроме главного магнитного потока обладает еще и рассеянным, который частично замыкается по воздуху. Потоки индуцируются в первом, а также втором мотке рассеяния электродвижущей силы.

Мощность первичной цепи во время нагрузки трансформатора примерно равняется мощности во вторичной. Увеличивая в несколько раз напряжение через трансформатор, во столько же понижается сила тока.

Оцените статью
ПК Знаток
Добавить комментарий

Adblock
detector