Презентация "Генерирование и преобразование энергии" по физике – проект, доклад

Генерирование и преобразование энергии

Трансформаторы

Презентация Имя Фамилия

Переменный ток

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током Переменный ток, в отличие от постоянного, имеет широкое применение. Это обусловлено тем, что напряжение и силу переменного тока можно преобразовывать практически без потерь энергии.

Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции. На рисунке изображена примитивная установка для выработки переменного тока.

Принцип действия установки

Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Своими концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов.

Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток, но поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В связи с этим в рамке возникнет ЭДС индукции.

Изменения положения рамки в разные периоды времени

Для того чтобы определить, изменяется ли магнитный поток, проходящий по поверхности рамки, нужно сравнить положение рамки в определенные периоды времени.

Когда плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, магнитный поток имеет максимальное значение (под буквой «а»). А при рамке параллельной магнитным линиям, магнитный поток будет равен нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки (под буквой «в»)

Чтобы определить ЭДС индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета ЭДС индукции равна нулю, а в третьем (рис. 9, в) — максимальному значению.

В точке отсчета ЭДС индукции равна нулю, а в третьем положении — максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что ЭДС индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной . Если рамка имеет только активное сопротивление, то ток, который возникает в контуре под действием ЭДС индукции, с течением времени будет меняться, как и сама ЭДС. Такой ток называется переменным синусоидальным током.

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i₁-ток, u₁-напряжение, n₁-число витков, Ф₁ – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины - вторичными.

Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i₁n₁ создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС e₁= -n₁ dФ dt , e₂= -n₂ dФ dt . При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Ф m sinωt , ЭДС равно e = E m sin (ωt- π 2 ). Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой E=4.44×f×n× Ф m , где f- циклическая частота, n – количество витков, Ф m – амплитуда магнитного потока.

Отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков E₁ E₂ = n₁ n₂ .

Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода. В этом случае i₂ = 0, а u₂=E₂, ток i₁ мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u₁≈E₁ и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений u₁ u₂ = n₁ n₂ = E₁ E₂ = k. Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.

Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i₂, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф. Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе η = P₂ P₁ .

Если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор и, наоборот, если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то это повышающий трансформаторный прибор. Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.

Магнитопровод

Представляет собой закрытый сердечник собранный из листов электротехнической стали

стержневой (Г-образный)

броневой (Ш-образный)