Как повышают и понижают напряжение

Как повышают и понижают напряжение?

Физика Класс - Учебники, статьи, иллюстрации по физике для 10-11 классов, физическая энциклопедия

Повышение и понижение напряжения осуществляют с помощью трансформаторов.

Трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода, намотанных на общий стальной сердечник (рис. 16.4).

На одну катушку (называемую первичной обмоткой) подают переменный ток одного напряжения, а с другой катушки (вторичной обмотки) снимают переменный ток другого напряжения.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле. Оно сосредоточено в основном внутри стального сердечника, поэтому обе обмотки пронизываются одним и тем же переменным магнитным потоком. Поэтому вследствие явления электромагнитной индукции в каждом витке каждой обмотки возникает одна и та же ЭДС индукции.

Суммарная ЭДС в каждой из катушек равна сумме ЭДС во всех ее витках, так как витки соединены друг с другом последовательно. Поэтому отношение напряжений и на вторичной и первичной обмотках равно отношению числа витков в них: Например, если во вторичной обмотке в 10 раз больше витков, чем в первичной, напряжение во вторичной обмотке будет в 10 раз больше, чем в первичной.

Если напряжение во вторичной обмотке трансформатора больше, чем в первичной, его называют повышающим, а если меньше, то понижающим.

Основными потребителями электроэнергии являются производство и транспорт. На бытовые нужды приходится не более 5-10% всей производимой электроэнергии.

Для наглядности основные этапы производства, передачи и потребления электроэнергии отображены на приведенной ниже схеме (рис. 16.5).

Смотрите также похожие статьи.

Как найти вектор изменения скорости
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Кинематика
Главное в главе 4. Электромагнитное поле
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
Вопросы и задания к параграфу § 16. Производство, передача и потребление электроэнергии
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
2. Передача и потребление электроэнергии
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
Основные этапы производства, передачи и потребления электроэнергии
Иллюстрации по физике для 11 класса -> Электродинамика
Трансформатор
Иллюстрации по физике для 11 класса -> Электродинамика
Трансформатор
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике
ЭРСТЕД ГАНС ХРИСТИАН (1777-1851)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ЭЙНШТЕЙН АЛЬБЕРТ (1879-1955)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ХОКИНГ СТИВЕН (РОДИЛСЯ В 1942)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ФРАНКЛИН БЕНДЖАМИН (1706 — 1790)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ФАРАДЕЙ МАЙКЛ (1791-1867)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ПОПОВ АЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ (1859-1906)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ОМ ГЕОРГ СИМОН (1789-1854)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831-1879)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
КУЛОН ШАРЛЬ (1736-1806)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ГЮЙГЕНС ХРИСТИАН (1629-1695)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ГЕРШЕЛЬ УИЛЬЯМ (1738-1822)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ГАМОВ ДЖОРДЖ (ГЕОРГИЙ АНТОНОВИЧ) (1904-1968)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
АМПЕР АНДРЕ-МАРИ (1775 — 1836)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
НЬЮТОН ИСААК
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ЛОМОНОСОВ МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ (1711 – 1765)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
КОРОЛЕВ СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ (1907–1966)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
БРАГЕ ТИХО (1546 – 1601)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
КОПЕРНИК НИКОЛАЙ (1473—1543)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
КЕПЛЕР ИОГАНН (1571-1630)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
КАВЕНДИШ ГЕНРИ (1731 – 1810)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ГАЛИЛЕЙ ГАЛИЛЕО (1564-1642)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
БРУНО ДЖОРДАНО (1548–1600)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ЦИОЛКОВСКИЙ КОНСТАНТИН ЭДУАРДОВИЧ (1857–1935)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
Главное в главе 6. Термодинамика
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика
Главное в параграфе § 32. Второй закон термодинамики. Охрана окружающей среды
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика
Вопросы к параграфу § 26. Газовые процессы
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика
Ускорение
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика
Вопросы и задания к параграфу § 39. Судьбы звезд
Учебник по Физике для 11 класса -> Строение и эволюция Вселенной
Вопросы и задания к параграфу § 18. Передача информации с помощью электромагнитных волн
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
Почему высокое напряжение нельзя вводить в жилые дома?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
Вопросы и задания к параграфу § 12. Взаимодействие магнитов и токов
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика
Сила тяжести
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике
Закон всемирного тяготения
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике
ЮНГ ТОМАС (1773-1829)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ФРЕНЕЛЬ ОГЮСТЕН ЖАН (1788-1827)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ФЕЙНМАН РИЧАРД (1918-1988)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
СТОЛЕТОВ АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ (1839 — 1896)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ МАРИЯ (1867-1934)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
РЕЗЕРФОРД ЭРНЕСТ (1871-1937)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ЛАНДАУ ЛЕВ ДАВИДОВИЧ (1908-1968)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ГЕРЦ ГЕНРИХ (1857-1894)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
ВАВИЛОВ СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ (1891-1951)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике
БОЙЛЬ РОБЕРТ (1627 – 1691)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике

Электродинамика

Трансформаторы

Существует много разных электрических устройств. Рассмотрим одно из основных и распространенных дошедших до наших дней и не потерявшей своей актуальности – трансформатор. Это устройство служит для повышения или уменьшения напряжения в электрических цепях, частоты и числа фаз переменного электрического тока. По изменению напряжения тока они делятся на понижающие и повышающие значение напряжения сети.

Какой трансформатор называется повышающим а какой понижающим?

Понижающий трансформатор уменьшает напряжение тока в электрической цепи. Технически — это реализуется за счет разности напряжений между первичной обмотки устройства и вторичной. Какой трансформатор называется повышающим? Повышающий трансформатор повышает значение напряжения электрического тока. На первичной обмотке оно ниже, а на вторичной выше. Тем самым на выходе прибора напряжение выше и за счет определенного числа витков обмотки и сечения имеет нужное значение.

Автотрансформаторы

Наряду с обычными трансформаторами часто в быту и промышленности применяются автотрансформаторы. Отличие от обычных состоит в том, что первичную и вторичную обмотку связывает не только магнитное поле, но и электрическая связь. Мощность в этом устройстве передается не только за счет магнитного поля, но и за счет электрической связи. Какой трансформатор называют повышающим и какой понижающим в автотрансформаторах? Принципы заложены те же. Какой трансформатор повышающий, а какой понижающий можно определить по соответствующей маркировке. Есть и универсальные устройства, которые выполняют обе функции на понижение и на повышение. Автотрансформаторы широко применяются в цепях большой мощности и высокого напряжения и, а также регулируют напряжение в устройствах небольшой мощности.

Как подобрать трансформатор

Чтобы грамотно выбрать трансформатор необходимо вначале ознакомится с характеристиками приборов сети, для которой вы будите покупать трансформатор. Узнать их потребляемую мощность и напряжение. Далее узнать входное напряжение сети. Зная эти значения можно начать подбирать устройство. Определим, вначале, нам необходим повышающий или понижающий трансформатор. Какой трансформатор называют повышающим? Такой, у которого напряжение на входе меньше чем на выходе. Если приборы у нас потребляют напряжение больше, чем на входе сети, то выберем повышающий. Если нет – понижающий. Смотрим на сумму значений мощности потребляемых приборов. Подбираем трансформатор с выходным параметром соответствующим этой мощности, добавив 20% и напряжению этих приборов. Входное напряжение устройства должно соответствовать напряжению сети. Трансформатор ставим в безопасное место и обязательно заземляем. Часто покупатели затрудняются в выборе трансформатора. В сложностях подсчета мощности потребляемых приборов. Какой трансформатор является повышающим , какой понижающим. Что выбрать и так далее. Проще обратиться к нашему специалисту и он все сделает. Рассчитает и подберет универсальный автотрансформатор на все случаи, когда будет необходимо добавить какой либо новый потребляющий прибор.

Как напряжение преобразуется в ток

Если в процессе преобразования электрической энергии напряжение понижается, то ток при этом повышается, а если напряжение повышается — значит понижается ток. Количество энергии на входе и на выходе будет приблизительно одинаковым (минус, конечно, потери в процессе преобразования) в соответствии с законом сохранения энергии.Так происходит потому, что электрическая энергия A — это изначально потенциальная энергия (энергия положения в электрическом поле) электрического заряда, то есть A = U*q. А ток I — есть ни что иное, как перемещение заряда q в электрическом поле с течением времени t, то есть I = q/t.

Чтобы осуществить такое преобразование электрической энергии, применяют явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в конце лета 1831 года, и используемое сегодня в трансформаторах и в импульсных преобразователях напряжения для понижения или повышения напряжения (соответственно для повышения или понижения тока). Далее рассмотрим процесс такого преобразования в общих чертах.

Когда в проводящем витке, обладающем индуктивностью L, изменяется (попеременно нарастает и спадает) ток I — при этом изменяется и магнитное поле B, порождаемое данным током и пронизывающее ограниченную данным витком площадь S — происходит изменение магнитного потока Ф = B*S = L*I.

Насколько быстро изменяется ток I в витке — настолько же быстро изменяется и магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S, ограниченную данным витком. Переменный ток I в витке прямо пропорционально связан с напряжением U, приложенным к концам витка. Таким образом, чем больше амплитуда U – тем больше амплитуда тока I в витке и, тем больше амплитуда магнитного потока Ф витка с током.

Майкл Фарадей показал, что изменяющийся во времени магнитный поток способен навести ЭДС (напряжение) в контуре, охватывающем область этого изменяющегося магнитного потока, причем скорость изменения магнитного потока dФ/dt влияет на величину получаемой ЭДС: чем выше скорость изменения магнитного потока — тем больше получаемое на концах контура напряжение.

Следовательно, если поместить в область действия изменяющегося магнитного потока другой виток (вторичный), то в нем будет наведена ЭДС (напряжение на концах), пропорциональная скорости изменения магнитного потока — чем больше магнитный поток и чем быстрее он изменяется — тем большей получится индуцируемая во вторичном витке ЭДС. Если вторичных витков будет несколько (N) и они будут соединены последовательно, то индуцируемые ЭДС в них сложатся.

А если вторичную цепь замкнуть, то перемещаемый по ней заряд (ток) создаст собственный магнитный поток, противоположный первичному магнитному потоку по направлению и равный ему по величине.

Если витки вторичной цепи полностью аналогичны первичному витку по магнитным свойствам, форме и индуктивности, то в этом случае ток, вызванный индуцируемой ЭДС, разделится по всем вторичным виткам поровну. Следовательно, чем больше последовательно соединенных витков — тем больше на выходе получается напряжение и тем меньше на выходе окажется ток при замкнутой на нагрузку цепи.

На этом принципе работает трансформатор, повышающий или понижающий переменное напряжение и, соответственно, понижающий или повышающий переменный ток. Если первичных витков больше, а вторичных меньше — то на один виток вторичной катушки придется больше тока, но напряжение на концах вторичной катушки будет в сумме меньше (пропорционально соотношению витков в обмотках), то есть ток на выходе по сравнению со входом увеличится, а напряжение понизится.

Принцип работы силового трансформатора

Силовые трансформаторы относятся к основному оборудованию электрических сетей и служат для преобразования электроэнергии одного класса напряжения в другой.

Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что процессы производства, транспортировки и потребления электрической энергии осуществляются на различных уровнях напряжения. Основная часть электроустановок потребителей электричества рассчитана на относительно низкое его напряжение и фактически распределена по всей поверхности заселённой части Земли.

Традиционное же производство электроэнергии осуществляется на крупных электростанциях, расположенных в точках сосредоточения ресурсов, необходимых для этого производства. Исходя из этого, возникает необходимость передачи большого объёма электрической мощности на значительные расстояния, что сопряжено с огромными потерями.

В целях их минимизации строятся линии электропередачи высокого напряжения, так как повышение напряжения пока остаётся единственной реальной возможностью уменьшить потери. Силовые трансформаторы и являются теми элементами электрических сетей, которые повышают или понижают напряжение транспортируемой электроэнергии. Силовыми они называются по той причине, что основным их предназначением является передача энергии.

Принцип работы силового трансформатора использует явление электромагнитной индукции. При работе трансформатора происходит двухэтапное преобразование электрической энергии. Вначале электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию. Магнитная энергия, в свою очередь, вновь преобразуется в электроэнергию, но уже имеющую другое напряжение.

В простейшем случае двухобмоточного трансформатора источником электромагнитной индукции служит первичная обмотка, намотанная на электромагнитном сердечнике — магнитопроводе. Магнитопровод, изготовленный из магнитоактивного материала осуществляет передачу энергии расположенной на нём же вторичной обмотке.

Происходит это за счёт того, что магнитный поток, вызванный протеканием тока в первичной обмотке, вызывает появление ЭДС индукции во вторичной обмотке, что приводит к возникновению в ней электрического тока.

Соотношение напряжений в обмотках трансформатора равно соотношению количества витков в этих обмотках. Таким образом, подобрав нужное количество витков первичной и вторичной обмотки можно добиться трансформации исходной электроэнергии с требуемым уровнем напряжения.

Разновидности силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы классифицируются по нескольким основным признакам:

по количеству обмоток;
номинальным напряжениям ступеней трансформации;
по режиму работы — повышающие или понижающие.

Количество фаз электросетевых силовых трансформаторов, как правило, равно трём. Наибольшее распространение получили трансформаторы с двумя и тремя обмотками. Ступени трансформации обычно обозначают ВН и НН для двухобмоточных и ВН, СН, НН для трёхобмоточных трансформаторов.

Режимы повышения или понижения напряжения определяются исходя из направления передачи электрической мощности. Если мощность (соответственно и энергия) передаётся от обмотки НН к обмотке ВН, трансформатор является повышающим. Обычное место установки таких трансформаторов — электрические станции, где напряжение электроэнергии, выработанной генератором, повышается для дальнейшей её транспортировки по высоковольтной линии.

Понижающие трансформаторы устанавливаются в узлах потребления электроэнергии, то есть там, где её напряжение необходимо понизить для непосредственной подачи потребителю.

Отдельный класс трансформаторного оборудования составляют автотрансформаторы. Различие трансформатора и автотрансформатора заключается в том, что обмотки трансформатора гальванически не связаны между собой, то есть связь осуществляется только через магнитное поле. Автотрансформатор, по сути, имеет одну обмотку с отпайками на разные уровни напряжений.

Такая конструкция позволяет добиться существенной экономии при изготовлении оборудования, хотя и создаёт ряд нюансов в вопросах эксплуатации и электробезопасности.

Как повышают и понижают напряжение