Auf der Senkung ω1>ω 2 ; U 1>U2; Zu>1 ;

Auf der Übergangs ω1 =ω 2 ; U 1=U2; K=1.

Analyse des Transformatorbetriebs.

1. Ruhezustand

In diesem Modus ist die Sekundärwicklung offen. Der Schalter ist drin Stelle 1.Der vom Primärkreis aufgenommene Strom ist minimal und wird als Leerlaufstrom bezeichnet. Das Magnetfeld um die Primärwicklung wird als Leerlaufmagnetfeld bezeichnet.Dieser Modus ist für den Transformator ungefährlich.

2. Betrieb des Transformators im Lastmodus

Schalten Sie den Schalter ein Stelle 2, während der Trafo vom Ruhezustand in den Lastzustand übergeht. Strom fließt durch die Sekundärwicklung ich 2, dessen magnetischer Fluss nach dem Lenzschen Gesetz gegen das Magnetfeld der Primärwicklung gerichtet ist Φ . Dadurch wird der magnetische Fluss Φ im ersten Moment abnimmt, was zu einer Abnahme von e führt. d.s. Selbstinduktion E1 in der Primärwicklung des Transformators. Da die angelegte Spannung U 1 (Netz, Generator) unverändert bleibt, ist das elektrische Gleichgewicht zwischen Spannung und z. d.s. Die Selbstinduktion wird unterbrochen und der Strom in der Primärwicklung steigt an. Eine Erhöhung des Stroms führt zu einer Erhöhung des magnetischen Flusses, was wiederum eine Erhöhung von z. d.s. Selbstinduktion. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das elektrische Gleichgewicht zwischen der angelegten Spannung und e wiederhergestellt ist. d.s. Selbstinduktion. Aber in diesem Fall ist der Strom der Primärwicklung größer als im Leerlauf, d.h. der gesamte Magnetfluss der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators im Lastmodus ist gleich dem Magnetfluss der Primärwicklung im Leerlauf.

Im Lastmodus, dh wenn ein Sekundärstrom auftritt, steigt der Primärstrom an, es entsteht ein Spannungsabfall in der Sekundärwicklung und die Sekundärspannung nimmt ab. Mit abnehmender Last, d. H. Mit abnehmendem Sekundärstrom nimmt die Entmagnetisierungswirkung der Sekundärwicklung ab, der Magnetfluss im Kern nimmt im ersten Moment zu und e steigt entsprechend an. d.s. Selbstinduktion E 1 . Das elektrische Gleichgewicht zwischen U 1 und E 1 wird gestört, der Strom in der Primärwicklung nimmt ab, während der magnetische Fluss abnimmt und e. d.s. Selbstinduktion. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das vorübergehend gestörte elektrische Gleichgewicht zwischen U 1 und E 1 wiederhergestellt ist, jedoch bei einem niedrigeren Strom I 1 .

Eine Abnahme des Stroms I 2 führt also zu einer Abnahme des Stroms I 1, der Spannungsabfall in der Sekundärwicklung des Transformators nimmt ab und die Sekundärspannung steigt.

Jede Änderung des Sekundärstroms bewirkt eine Änderung des Primärstroms, um einen konstanten Magnetfluss im Kern des Transformators aufrechtzuerhalten.

Schalten Sie nun den Schalter ein Stelle 4.

Der Widerstand des Sekundärkreises wird praktisch gleich Null sein. Der Strom des Sekundärkreises ist maximal, das Magnetfeld der Sekundärwicklung ist maximal. Das Magnetfeld der Primärwicklung nimmt ab und wird minimal, daher wird der induktive Widerstand der Primärwicklung ebenfalls minimal.Der vom Primärkreis aufgenommene Strom steigt auf ein Maximum. Dieser Modus wird als Kurzschlussmodus bezeichnet. Dieser Modus ist gefährlich für den Transformator und die gesamte Schaltung. Zum Schutz vor Kurzschlüssen sind Sicherungen im Primär- oder Sekundärkreis eingebaut.

Kann ein Transformator Strom gewinnen?

Die im Primärkreis entwickelte Leistung ist gleich dem Produkt von U 1 * I 1 im Sekundärkreis U 2 * I 2. Der Transformator bringt keinen Leistungsgewinn, da jede Spannungserhöhung mit Hilfe eines Transformators erfolgt begleitet von einer entsprechenden Abnahme des Stroms, d.h. wie oft der Transformator die Spannung so oft erhöht, dass er die Strommenge im Sekundärkreis reduziert. Wie oft reduziert der Transformator in einem Abwärtstransformator die Spannung, um wie oft erhöht er die Strommenge im Sekundärkreis.

Transformator-Effizienz

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Sekundärleistung P 2 zu Primärleistung P 1 (Nutzleistung zu Verbrauch), ausgedrückt in %.

Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad eines Transformators 90 %, was bedeutet, dass 90 % der von der Primärwicklung von der Stromquelle aufgenommenen Energie in die Sekundärwicklung gehen und 10 % im Transformator am aktiven Widerstand des Transformators verloren gehen. Das Vorhandensein von Verlusten führt dazu, dass die in der Last der Sekundärwicklung des Transformators freigesetzte Leistung immer geringer ist als die von der Primärwicklung aufgenommene Leistung.

Energieverluste in einem Transformator bestehen aus Kernverlusten und Wicklungsverlusten. Kernverluste umfassen magnetische Hystereseverluste und Wirbelstromverluste. Verluste in den Wicklungen sind auf die übliche Erwärmung der Wicklungen durch Strom zurückzuführen.

Der Wirkungsgrad leistungsstarker stationärer Transformatoren liegt bei bis zu 99 %. Der Wirkungsgrad von Transformatoren mit geringer Leistung, die in Kommunikationsgeräten verwendet werden, wird mit 80 % angenommen.

1. Wicklung

Für die Herstellung von Transformatorwicklungen werden Wickeldrähte verwendet, die aus Kupfer bestehen und eine Isolierung haben.

PE-Ader lackiert

PEL-Draht lackbeständig

Emaillierter hochfester PEV-Draht

PEL ist ausgelegt für Temperaturen bis 90 0 , kurzzeitig 105 0 ; PEV bis 105 0, kurzfristig bis 125 0

Die Wicklungen sind auf einen Rahmen gewickelt (Kunststoff, Textolit, Getinaken, Pappe), es gibt auch eine rahmenlose Wicklung. Das Ende des Wickeldrahtes muss fixiert werden. Die Wicklungen sind in Reihen Windung für Windung gewickelt. Nach jeder Reihe wird eine Isolierung verlegt (ein Streifen Kondensator- oder Kabelpapier), damit es nicht zu einem Ausfall kommt. Das andere Ende der Wicklung muss ebenfalls fixiert werden. Nach dem Wickeln der ersten Wicklung wird eine bessere Isolierung verlegt, beispielsweise ein Streifen aus lackiertem Stoff, dann wird die nächste Wicklung gewickelt. Die Wicklungen werden übereinander gewickelt Oftmals werden bei der Herstellung von Transformatoren die Primär- und Sekundärwicklung in Abschnitte unterteilt, wodurch das Magnetfeld der Primärwicklung die Sekundärwicklung besser überdeckt.

2. Kerne

Kerne sind: Stab, Panzerung und Ringkern.

Für die Herstellung von Kernen wird häufig Transformatorenstahl verschiedener Güten verwendet. Der Kern besteht aus dünnen Stahlplatten, die voneinander isoliert sind. Als Isolierung wird oft Oxid (Zunder) verwendet, das sich auf der Oberfläche der Platten bildet, wenn diese währenddessen erhitzt werden hohe Temperatur. Wenn der Kern nicht aus separaten, voneinander isolierten Platten besteht, sondern aus zwei gefalteten Stücken, wird der Kern durch Wirbelströme erhitzt. Die Wirbelströme der einzelnen Platten sind klein und der Kern erwärmt sich im Allgemeinen nur unwesentlich. Der Kern des Trafos muss gut komprimiert werden, damit er nicht brummt. Der beste Weg zum Komprimieren ist das Komprimieren mit Bolzen mit Muttern. Häufig wird eine Kompression mit einer Klammer ausgeübt, die den Kern umgibt.

Transformatorstahlkerne werden in schwachen Magnetfeldern schlecht magnetisiert. Daher auf niedrig Audiofrequenzen Es werden Permalloy-Kerne verwendet. Permalloy ist eine Legierung aus Nickel, Molybdän, Chrom, Mangan, Kupfer, Silizium und Eisen.

Ferritkerne werden in Hochfrequenzstromkreisen verwendet. Ferrit ist ein Magnetodielektrikum, also ein Dielektrikum mit magnetischen Eigenschaften. Es wird aus Metalloxiden in Pulverform hergestellt, die mit Harz oder Polystyrol gemischt werden.

Besteht aus zwei getrennten Wicklungen, Primär- und Sekundärwicklungen genannt. Eine AC-Eingangsspannung wird an die Primärwicklung angelegt und erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld. Dieses Magnetfeld interagiert mit der Sekundärwicklung und induziert darin eine Wechselspannung (genauer: EMF). Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung hat die gleiche Frequenz wie die Eingangsspannung, ihre Amplitude wird jedoch durch das Verhältnis der Windungszahlen der Sekundär- und Primärwicklung bestimmt.

Wenn die Eingangsspannung an den Klemmen der Primärwicklung = V1
Ausgangsspannung an den Sekundärklemmen = V2
Anzahl der Primärwindungen = T1
Anzahl Sekundärwindungen = T2

dann

Außerdem ist I1/ I2 = T1/ T2, wobei I1 und I2 die Primär- bzw. Sekundärströme sind.

Leistungszahl (COP) des Transformators

Die obigen Verhältnisse gehen davon aus, dass der Transformator zu 100 % effizient ist, d. h. es gibt keinerlei Leistungsverlust. Folglich,
Eingangsleistung I1 V1 = Ausgangsleistung I2 V2.
Transformatoren haben in der Praxis einen Wirkungsgrad von etwa 96-99 %. Um den Wirkungsgrad des Transformators zu erhöhen, sind seine Primär- und Sekundärwicklungen auf denselben Magnetkern gewickelt (Abb. 7.10).

Aufwärts- und Abwärtstransformatoren

Der Aufwärtstransformator erzeugt am Ausgang (in der Sekundärwicklung) mehr als Hochspannung als am Eingang (an der Primärwicklung) anliegt. Dazu wird die Windungszahl der Sekundärwicklung größer gemacht als die Windungszahl der Primärwicklung.
Ein Abwärtstransformator erzeugt an seinem Ausgang weniger Spannung als an seinem Eingang, da seine Sekundärwicklung weniger Windungen als die Primärwicklung hat.

Der in Abb. 7.11, hat einen Lastwiderstand r2 im Sekundärkreis. Der Widerstand r2 kann neu berechnet oder, wie sie sagen, auf die Primärwicklung gebracht werden, dh auf den Widerstand des Transformators r1 von der Seite der Primärwicklung. Das Verhältnis r1/r2 wird Luftwiderstandsbeiwert genannt. Dieses Verhältnis kann wie folgt berechnet werden. Da r1 = V1 / I1 und r2 = V2 / I2, dann

Reis. 7.10. Transformator.

Reis. 7.11. Reduktionsfaktor
Widerstand

r1/ r2 = T12/ T22 = n2.

Reis. 7.12. Spartransformator.

Reis. 7.13. Autotransformator mit mehreren Anzapfungen.

Aber V1 / V2 = T1 / T2 = n und I2 / I1 = T1 / T2 = n, also

r1 / r2 = n2

Wenn zum Beispiel der Lastwiderstand r2 \u003d 100 Ohm und das Verhältnis der Windungszahl der Wicklungen (Übersetzungsverhältnis) T1 / T2 \u003d n \u003d 2: 1 ist, dann kann der Transformator von der Seite der Primärwicklung als Widerstand mit einem Widerstandswert von r1 \u003d 100 Ohm 22 \u003d 100 4 \u003d 400 Ohm betrachtet werden.

Ein Transformator kann eine einzelne Wicklung mit einem Abgriff von einem Teil der Windungen dieser Wicklung haben, wie in Abb. 7.12. Dabei ist T1 die Windungszahl der Primärwicklung und T2 die Windungszahl der Sekundärwicklung. Spannungen, Ströme, Widerstände und Übersetzungsverhältnis werden nach den gleichen Formeln ermittelt, die für einen konventionellen Transformator gelten.
Auf Abb. 7.13 zeigt einen anderen Transformator mit einer einzigen Wicklung, bei dem mehrere Abgriffe aus dieser Wicklung gemacht werden. Alle Verhältnisse für Spannungen, Ströme und Widerstände werden weiterhin durch das Übersetzungsverhältnis bestimmt (V1/Va = T1/Ta, V1/Vb = T1/Tb usw.).

Auf Abb. 7.14 zeigt einen Transformator mit einem Abgriff in der Mitte seiner Sekundärwicklung. Die Ausgangsspannungen Va und Vb werden von der oberen und unteren Hälfte der Sekundärwicklung abgenommen Das Verhältnis der Eingangsspannung (an der Primärwicklung) zu jeder dieser Ausgangsspannungen wird durch das Verhältnis der Windungszahlen und bestimmt

V1/Va = T1/Ta V1/Vb = T1/Tb

wobei T1, Ta und Tb die Anzahl der Windungen der Primär-, Sekundär-a- und Sekundär-b-Wicklungen sind. Da der Abgriff in der Mitte der Sekundärwicklung erfolgt, haben die Spannungen Va und Vb die gleiche Amplitude. Wenn der Mittelpunkt geerdet ist, wie in der Schaltung in Abb. 7.14, dann sind die an den beiden Hälften der Sekundärwicklung abgenommenen Ausgangsspannungen gegenphasig.

Beispiel

Wenden wir uns Abb. 7.15. (a) Berechnen Sie die Spannung zwischen den Klemmen B und C des Transformators, (b) Wenn zwischen den Klemmen A und B 30 Windungen liegen, wie viele Windungen hat die Sekundärwicklung des Transformators?
Lösung
a) VBC = VAD – VAB – VCD = 36 V – 6 V – 12 V = 18 V.
Anzahl der Windungen zwischen A und B
b) VAB / VAD == ---------------
Anzahl der Windungen zwischen A und D

Daher ist 6V/36V = 30/TAD, also TAD = 30 36/6 = 180 Umdrehungen.

Reis. 7.14. Transformator mit einem Abgriff vom Mittelpunkt der Sekundärwicklung.

Reis. 7.15. VAD = 36 V, VAB = bV,
VCD=12V.

Magnetkreis

Es ist üblich zu sagen, dass in einem Magnetkreis ein magnetischer Fluss (oder ein magnetisches Feld), gemessen in Tesla, durch eine Kraft namens magnetomotorische Kraft (MMF) erzeugt wird. Ein magnetischer Kreis wird normalerweise mit einem elektrischen Kreis verglichen, wobei der magnetische Fluss mit dem Strom und die magnetomotorische Kraft mit der elektromotorischen Kraft verglichen wird. Genau wie sie über den Widerstand R sagen elektrische Schaltung, können wir über den magnetischen Widerstand S des magnetischen Werts sprechen; diese Begriffe haben die gleiche Bedeutung. Beispielsweise hat ein weichmagnetisches Material wie Temperguss einen geringen magnetischen Widerstand, d. h. einen geringen Widerstand gegenüber magnetischem Fluss.

Magnetische Permeabilität

Die magnetische Permeabilität eines Materials ist ein Maß dafür, wie leicht es magnetisiert werden kann. Beispielsweise haben Temperguss und andere elektromagnetische Materialien wie Ferrite eine hohe magnetische Permeabilität. Diese Materialien werden in Transformatoren, Spulen, Relais und Ferritantennen verwendet. Im Gegensatz dazu haben nichtmagnetische Materialien eine sehr geringe magnetische Permeabilität. Magnetische Legierungen wie Siliziumstahl haben die Fähigkeit, in Abwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert zu bleiben und werden daher als Permanentmagnete in Lautsprechern (dynamische Köpfe), magnetoelektrischen Messgeräten mit beweglicher Spule usw. verwendet.

Abschirmung

Betrachten Sie einen Hohlzylinder in einem Magnetfeld (Abb. 7.16). Besteht dieser Zylinder aus einem Material mit geringem magnetischen Widerstand (weichmagnetisches Material), so konzentriert sich das Magnetfeld wie in der Abbildung dargestellt in den Wänden des Zylinders, ohne in dessen Innenbereich zu fallen.

Reis. 7.16. Magnetische Abschirmung.

Reis. 7.17. Elektrostatische Abschirmung in einem Transformator.

Wenn sich also ein Objekt in diesem Bereich befindet, wird es vor dem Einfluss des Magnetfelds im umgebenden Raum geschützt (abgeschirmt). Diese als magnetische Abschirmung bezeichnete Abschirmung wird verwendet, um Kathodenstrahlröhren, magnetoelektrische Messgeräte mit beweglicher Spule, dynamische Lautsprecher usw. vor äußeren Magnetfeldern zu schützen.
Transformatoren verwenden manchmal eine andere Art der Abschirmung, die als elektrostatische oder elektrische Abschirmung bezeichnet wird. Zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ist eine Abschirmung aus dünner Kupferfolie angebracht, wie in Abb. 7.17. Wenn ein solcher Schirm geerdet ist, wird die Wirkung der Kapazität zwischen den Wicklungen, die aufgrund der Potentialdifferenz zwischen diesen Wicklungen auftritt, stark reduziert. Elektrostatische Abschirmung wird auch in Koaxialkabeln und überall dort eingesetzt, wo Leiter unterschiedliche Potentiale haben und nahe beieinander liegen.

Dieses Video spricht darüber, was ein Transformator ist:

Transformator wird als statisches elektromagnetisches Gerät bezeichnet, das zwei (oder mehr) induktiv gekoppelte Wicklungen hat und dazu bestimmt ist, ein (primäres) Wechselstromsystem durch das Phänomen der elektromagnetischen Induktion in ein anderes (sekundäres) Wechselstromsystem umzuwandeln.

Im Allgemeinen kann sich das sekundäre Wechselstromsystem in allen Parametern vom primären unterscheiden: Spannungs- und Stromwerte, Anzahl der Phasen, Spannungs- (Strom-) Wellenform, Frequenz. Die größte Anwendung in Elektroinstallationen sowie in Energieübertragungs- und Verteilungssystemen für Elektrizität sind Leistungstransformatoren für den allgemeinen Gebrauch, durch die die Werte von Wechselspannung und -strom geändert werden. In diesem Fall bleiben die Anzahl der Phasen, die Form der Spannungs- (Strom-) Kurve und die Frequenz unverändert.

Bei der Betrachtung der Themen dieser Vorlesung werden wir Leistungstransformatoren für den allgemeinen Gebrauch im Auge behalten.

Betrachten Sie das Funktionsprinzip des einfachsten Einphasentransformators. Der einfachste Einphasen-Leistungstransformator besteht aus einem Magnetkreis (Kern) aus ferromagnetischem Material (normalerweise Elektroblech) und zwei Wicklungen, die sich auf den Kernen des Magnetkreises befinden.

Warum besteht der Magnetkern eines Transformators aus ferromagnetischem Material?

Eine der Wicklungen, die genannt wird primär, verbunden mit einer Wechselstromquelle für die Spannung U 1 . Um eine andere Wicklung genannt zweitrangig angeschlossener Verbraucher Zн. Die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators haben keine elektrische Verbindung miteinander, und die Leistung von einer Wicklung zur anderen wird elektromagnetisch übertragen.

Was ist der Zweck eines Transformatorkerns?

Der Magnetkreis, auf dem sich diese Wicklungen befinden, dient dazu, die induktive Kopplung zwischen den Wicklungen zu verstärken.

Die Wirkungsweise des Transformators beruht auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion (Abb. 2).

Reis. 2. Elektromagnetischer Kreis des Transformators

Beim Anschluss der Primärwicklung des Transformators an ein Wechselstromnetz mit Spannung U 1 Durch die Wicklung fließt Wechselstrom ich 1 , wodurch ein variabler magnetischer Fluss im Magnetkreis erzeugt wird F . Der magnetische Fluss, der die Windungen der Sekundärwicklung durchdringt, induziert darin e 2 , die zur Stromversorgung der Last verwendet werden können. Dieser Fluss schließt sich im Magnetkreis, koppelt mit beiden Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung) und induziert in ihnen eine EMF:

In der primären EMF der Selbstinduktion:

In der sekundären EMF der gegenseitigen Induktion:

Beim Anschließen der Last Zn an die Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators unter Einwirkung von EMF e 2 Im Stromkreis dieser Wicklung wird ein Strom erzeugt ich 2 , und die Spannung U 2 stellt sich an den Anschlüssen der Sekundärwicklung ein.

Kann ein Trafo mit Gleichstrom betrieben werden?

Ein Transformator ist ein Wechselstromgerät. Wenn seine Primärwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, ist der Magnetfluss im Magnetkreis des Transformators sowohl in Größe als auch in Richtung konstant (dФ / dt \u003d 0), daher ist die EMF der elektromagnetischen Induktion nicht vorhanden in den Transformatorwicklungen induziert, und daher wird kein Strom vom Primärkreis zum Sekundärkreis übertragen.

Wie wird das Problem gelöst, die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators zu ändern, beispielsweise zu erhöhen?

Das Problem der Erhöhung der Spannung wird wie folgt gelöst. Jede Windung der Transformatorwicklung hat die gleiche Spannung, wenn die Windungszahl der Sekundärwicklung im Vergleich zur Primärwicklung erhöht wird die Windungen in Reihe geschaltet sind, wird die an jeder der Windungen empfangene Spannung summiert. Daher ist es durch Erhöhen oder Verringern der Windungszahl möglich, die Spannung am Ausgang des Transformators zu erhöhen oder zu verringern.

Da die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators vom gleichen magnetischen Fluss durchdrungen werden F , Ausdrücke Effektive Werte EMF kann geschrieben werden als

wo f - AC-Frequenz; w 1 und w 2 - die Anzahl der Windungen der Primär- und Sekundärwicklungen.

Wenn wir eine Gleichheit durch eine andere dividieren, erhalten wir einen wichtigen Parameter des Transformators - das Übersetzungsverhältnis:

wo k - Transformationskoeffizient.

Wenn der Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators offen ist (im Leerlauf), ist die Spannung an den Klemmen der Wicklung gleich ihrer EMF: U 2 = E 2 , und die Versorgungsspannung wird fast vollständig durch die EMK der Primärwicklung ausgeglichen U 1 ≈ E 1 . Daher kann man das schreiben

Aufgrund des hohen Wirkungsgrades des Transformators ist davon auszugehen S 1 ≈ S 2 , wo S 1 = U 1 ich 1 - Stromverbrauch aus dem Netzwerk; S 2 = U 2 ich 2 - an die Last abgegebene Leistung.

Auf diese Weise, U 1 ich 1 ≈ U 2 ich 2 , wo

Das Verhältnis der Ströme der Sekundär- und Primärwicklung ist etwa gleich dem Übersetzungsverhältnis, also dem Strom ich 2 wie oft steigt (sinkt), wie oft sinkt (steigt) U 2 .

bei Aufwärtstransformatoren U 2 > U 1 , beim Abnehmen U 2 < U 1 . Transformatoren haben die Eigenschaft der Umkehrbarkeit, derselbe Transformator kann als Step-up und Step-down verwendet werden. Aber normalerweise hat ein Transformator einen bestimmten Zweck: entweder ist er Aufwärts- oder Abwärtswandler. Die Wicklung eines Transformators, die an ein Netz mit höherer Spannung angeschlossen ist, wird als Hochspannungswicklung (HV) bezeichnet; eine Wicklung, die an ein Niederspannungsnetz angeschlossen ist - eine Niederspannungswicklung (LV).

Warum wird bei der Stromübertragung Hochspannung verwendet?

Die Antwort ist einfach - um die Wärmeverluste von Kabeln während der Übertragung über große Entfernungen zu reduzieren. Verluste hängen von der Menge des fließenden Stroms und dem Durchmesser des Leiters ab und nicht von der angelegten Spannung.

Nehmen wir an, dass von einem Kraftwerk zu einer 100 km entfernten Stadt eine Leistung von 30 MW auf einer Leitung übertragen werden muss. Da die Drähte der Leitung einen elektrischen Widerstand haben, werden sie durch den Strom erhitzt. Diese Wärme wird abgeführt und kann nicht genutzt werden. Die zum Heizen aufgewendete Energie ist ein Verlust.

Es ist unmöglich, Verluste auf Null zu reduzieren. Aber sie müssen begrenzt werden. Daher werden die zulässigen Verluste normalisiert, d.h. Bei der Berechnung der Querschnitte der Leitungsdrähte und der Wahl ihrer Spannung wird davon ausgegangen, dass die Verluste beispielsweise 10 % der über die Leitung übertragenen Nutzleistung nicht überschreiten.

In unserem Beispiel sind das 0,1x30 MW = 3 MW.

Wenn keine Transformation angewendet wird, d. H. Strom mit einer Spannung von 220 V übertragen wird, müsste der Querschnitt der Drähte auf ungefähr 10 m 2 erhöht werden, um die Verluste auf einen bestimmten Wert zu reduzieren. Der Durchmesser eines solchen "Drahts" übersteigt 3 m und die Masse in der Spannweite beträgt Hunderte von Tonnen.

Durch Anwenden einer Transformation, dh Erhöhen der Spannung in der Leitung und anschließendes Reduzieren in der Nähe der Verbraucher, verwenden sie einen anderen Weg, um Verluste zu reduzieren: Sie reduzieren den Strom in der Leitung.

Wie ist der Zusammenhang zwischen Wirkleistung und Strom?

Verluste bei der Stromübertragung sind proportional zum Quadrat der Stromstärke.

Wenn die Spannung verdoppelt wird, halbiert sich der Strom und die Verluste werden um das Vierfache reduziert. Wenn die Spannung um das 100-fache erhöht wird, verringern sich die Verluste um 100 2, also um das 10.000-fache.

Wir illustrieren diesen Ausdruck mit dem folgenden Beispiel. Die Abbildung zeigt das Energieübertragungsdiagramm (Abb. 3). An die Primärwicklung eines Aufwärtstransformators ist ein Generator mit einer Klemmenspannung von 6,3 kV angeschlossen. Die Spannung an den Enden der Sekundärwicklung beträgt 110 kV.

Reis. 3. Kraftübertragungsschema:

1 - Generator; 2 - Aufwärtstransformator; 3 - Stromleitung;

4 - Abwärtstransformator; 5 - Verbraucher

Bei dieser Spannung wird Energie entlang der Übertragungsleitung übertragen. Die übertragene Leistung sei 10.000 kW, es gibt keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.

Da die Leistungen in beiden Wicklungen gleich sind, ist der Strom in der Primärwicklung gleich I \u003d P / U \u003d 10000 / 6,3 \u003d 1590 A und in der Sekundärwicklung 10000/110 \u003d 91 A. Die Strom in den Leitungsdrähten hat die gleiche Wertübertragung.

Das Funktionsprinzip eines Transformators kann anhand des folgenden Lehrfilms demonstriert werden: "Das Funktionsprinzip eines Abwärtstransformators", "Wassererwärmung mit einem Transformator".

Konsolidieren wir das behandelte Material, indem wir die folgenden Fragen beantworten.

Das Funktionsprinzip des Transformators basiert auf ...

Ampères Gesetz

Ohmsche Gesetze

Kirchhoffsche Gesetze

Gesetz der elektromagnetischen Induktion

Wenn die Windungszahl der Primärwicklung des Transformators w1=100 und die Windungszahl der Sekundärwicklung w2=20 ist, bestimmen Sie das Übersetzungsverhältnis.

Nicht genügend Daten, um zu antworten.

Der Effektivwert der in den Transformatorwicklungen induzierten EMK wird durch die Formeln bestimmt

Fazit zur ersten Frage: Das Funktionsprinzip des Transformators basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion, daher ist der Transformator ein Wechselstromgerät. Die Spannungswandlung im Transformator erfolgt durch Veränderung der Windungszahl der Sekundärwicklung. Der Hauptzweck des Transformators besteht darin, Strom einer Spannung in Strom einer anderen Spannung umzuwandeln, um Kapitalinvestitionen in den Bau und Betrieb von Stromleitungen zu reduzieren.