Материалы для преподавателей. Профессиональное образование. Физика. Лекция.


ТРАНСФОРМАТОР. ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
Дидактическая цель: - изучить назначение, устройство и принцип действия
трансформатора;
- ознакомить студентов со способами получения, передачи
и распределения электрической энергии в н/х страны.
Воспитательная цель: - рассмотреть вопросы рационального использования
электроэнергии в техникуме, дома, в общежитии, в поселке;
- решение проблемы потерь электроэнергии.
Основные знания и умения: - знать устройство, назначение и принцип действия
трансформатора;
- уметь решать задачи на расчет силы тока и напряжения в
цепях переменного тока с трансформаторами.
Оборудование: демонстрационный трансформатор
Демонстрация: устройство трансформатора.
Межпредметная связь: теоретические основы электротехники,
электротехнические материалы, электрические машины,
электрооборудование, электроснабжение, математика.
Уровень усвоения: II
План занятия
1. Трансформатор, устройство, назначение и принцип действия.
2. Производство электроэнергии.
3. Передача и распределение электроэнергии.
4. Успехи и перспективы электрификации России.
Домашнее задание: §26.5, §26.8
1. Трансформатор, устройство, назначение и принцип действия.
Задать вопрос: Чем вызвана необходимость преобразования напряжения и силы тока при передаче электроэнергии?
- уменьшить потери электроэнергии в ЛЭП;
- необходимость отбора тока определенной мощности.
Трансформатор – это прибор для преобразования напряжения и силы
переменного тока при неизменной частоте.
Трансформатор изобретен П.Н. Яблочковым в 1876 г.
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, сделанного из мягкой стали или феррита, на котором имеются две изолированные друг от друга катушки (обмотки) с разным числом витков.
Первичная обмотка включается в сеть переменного тока, вторичная – соединяется с потребителем.

ЭДС индукции в обмотках прямопропорциональны числу витков в них:
Е1 / Е2 = w1 / w2
В режиме холостого хода: U2 = E2.
При этом в первичной обмотке течет слабый ток I0, который называют током х.х. Так как падение напряжения на сопротивлении обмотки очень мало, то U1 немного больше ЭДС Е1, но практически U1 = E1. Т.о., при х.х. трансформатора:
U1 / U2 = w1 / w2,
Т.е. напряжение на обмотках прямопропорционально числу витков обмоток.
w1 / w2 = k - коэффициент трансформации.
При k > 1 – трансформатор понижающий; при k < 1 - трансформатор повышающий.
При подключении вторичной обмотки к потребителю, ток вторичной обмотки создает в сердечнике магнитный поток, направленный навстречу потоку первичной обмотки. Ослабление потока в сердечнике уменьшает ЭДС Е1 в первичной обмотке. Поэтому ток в ней возрастает до такого значения I1, при котором ее магнитный поток скомпенсирует встречный поток вторичной катущки и результирующий поток в сердечнике останется прежним.
Поскольку магнитный поток пропорционален числу витков и току, то можно приближенно считать, что I1 w1 = I2 w2 (на самом деле I1 w1 немного больше I2 w2). Отсюда:
I1 / I2 = w2 / w1,
т.е. сила тока обратно пропорциональна числу витков.
Падение напряжения на сопротивлениях обмоток невелики, поэтому можно считать:
U1 ≈ Е1 и U2 ≈ Е2,
т.е. для трансформатора под нагрузкой справедливо выражение U1 / U2 = w1 / w2.
Из выражений U1 / U2 = w1 / w2 и I1 / I2 = w2 / w1 следует, что Р1 ≈ Р2,
т.е. мощности тока в обмотках приближенно равны.
2. Производство электроэнергии.
Типы электростанций:
ТЭС ( и АЭС) ГЭС
Принципиальные схемы превращений энергий при производстве электроэнергии:
1. На ТЭС:
Энергия топлива –
- внутренняя энергия пара –
- механическая (кинетическая) энергия пара –
- механическая (кинетическая) энергия турбины –
- механическая (кинетическая) энергия ротора генератора –
- электрическая энергия.
2. На ГЭС:
Механическая (потенциальная) энергия воды –
- механическая (кинетическая) энергия воды –
- механическая (кинетическая) энергия гидротурбины –
- механическая (кинетическая) энергия ротора генератора –
- электрическая энергия.
3. Передача и распределение электроэнергии.
Рассмотрим передачу электроэнергии от электростанций к потребителям.
Вопрос: Что входит в схему ЛЭП переменного тока?
- ЛЭП, повышающие и понижающие трансформаторы.
Начертим схему ЛЭП переменного тока.
Понижающий трансформатор
6 кВ
Понижающий трансформатор
35 кВ
Повышающий трансформатор
110 кВ
Генератор
11 кВ



Потребитель
Понижающий трансформатор
220 В

Перспективным способом передачи электроэнергии на дальние расстояния является использование постоянного тока.
В этом случае схема ЛЭП выглядит следующим образом:
Генератор переменного тока –
- повышающий трансформатор переменного тока –
- преобразование переменного тока в постоянный (с помощью инверторов) –
- ЛЭП постоянного тока –
- преобразование постоянного тока в переменный –
- понижающий трансформатор переменного тока –
- потребитель тока.
Выяснить роль Единой энергетической системы в оптимальном обеспечении электроэнергией народного хозяйства.
4. Успехи и перспективы электрификации России.
Кратко ознакомить с историей развития электрификации страны:
1. План ГОЭЛРО и его историческое и техническое значение.
2. Строительство гидростанций, тепловых и атомных электростанций.
3. Перспективы развития атомных электростанций.
Несмотря на аварию на Чернобыльской АЭС, человечество не может отказаться от использования ядерной энергии в мирных целях для получения электрической энергии, так как причиной аварии явилось не техническое несовершенство ядерных реакторов, а несоблюдение правил эксплуатации реактора.
ОК 1 1. Трансформатор, устройство, назначение и принцип действия.
Трансформатор – это прибор для преобразования напряжения и силы
переменного тока при неизменной частоте.
Трансформатор изобретен П.Н. Яблочковым в 1876 г.
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, сделанного из мягкой стали или феррита, на котором имеются две изолированные друг от друга катушки (обмотки) с разным числом витков.
Первичная обмотка включается в сеть переменного тока, вторичная – соединяется с потребителем.
ЭДС индукции в обмотках прямопропорциональны числу витков в них:
Е1 / Е2 = w1 / w2
В режиме холостого хода: U2 = E2.
U1 / U2 = w1 / w2,
w1 / w2 = k - коэффициент трансформации.
При k > 1 – трансформатор понижающий.
При k < 1 - трансформатор повышающий.
При подключении трансформатора к нагрузке:
I1 / I2 = w2 / w1.
Падение напряжения на сопротивлениях обмоток невелики, поэтому можно считать:
U1 ≈ Е1 и U2 ≈ Е2,
т.е. для трансформатора под нагрузкой справедливо выражение:
U1 / U2 = w1 / w2.
Из выражений U1 / U2 = w1 / w2 и I1 / I2 = w2 / w1 следует, что:
Р1 ≈ Р2,
т.е. мощности тока в обмотках приближенно равны.
ОК2 2. Производство электроэнергии.
Типы электростанций:
ТЭС ( и АЭС) ГЭС
Принципиальные схемы превращений энергий при производстве электроэнергии:
1. На ТЭС:
Энергия топлива –
- внутренняя энергия пара –
- механическая (кинетическая) энергия пара –
- механическая (кинетическая) энергия турбины –
- механическая (кинетическая) энергия ротора генератора –
- электрическая энергия.
2. На ГЭС:
Механическая (потенциальная) энергия воды –
- механическая (кинетическая) энергия воды –
- механическая (кинетическая) энергия гидротурбины –
- механическая (кинетическая) энергия ротора генератора –
- электрическая энергия.
3. Передача и распределение электроэнергии.
Схема ЛЭП переменного тока.
Понижающий трансформатор
6 кВ
Понижающий трансформатор
35 кВ
Повышающий трансформатор
110 кВ
Генератор
11 кВ



Потребитель
Понижающий трансформатор
220 В

Перспективным способом передачи электроэнергии на дальние расстояния является использование постоянного тока.
В этом случае схема ЛЭП выглядит следующим образом:
Генератор переменного тока –
- повышающий трансформатор переменного тока –
- преобразование переменного тока в постоянный (с помощью инверторов) –
- ЛЭП постоянного тока –
- преобразование постоянного тока в переменный –
- понижающий трансформатор переменного тока –
- потребитель тока.

Приложенные файлы

  • docx transformator
    Лекция
    Размер файла: 36 kB Загрузок: 1