1. Одна зважливих переваг змінного струму перед постійним у тому, що напругу змінного струму порівняно легко можна змінити завдяки електромагнітній індукції, а способи перетворення напруги постійного струму складні.
2. Прилад для перетворення напруги і сили змінного струму при незмінній частоті називають трансформатором. Трансформатор був винайдений П. М. Яблочковим у 1876 р.
3.Трансформатор складається із замкнутого осердя, виготовленого з м'якої сталі або фериту, на якому є дві ізольовані одна від одної котушки (їх називають обмотками) з різним числом витків.
4. Первинну обмотку вмикають у мережу змінного струму, а вторинну — з'єднують із споживачем.
5. Струм у первинній обмотці створює в осерді змінний магнітний потік , який наводить однакову ЕРС індукції в кожному витку обох обмоток. Якщо первинна обмотка маєN1витків, а вторинна - N2, то EPC. індукції в обмотках прямо пропорційні числу витків у них:
6. Режим роботи трансформатора при розімкненому колі вторинної обмотки називають холостим ходом трансформатора. При розімкненому колі вторинної обмотки (холостий хід трансформатора) напруга U2 на її затискачах дорівнює EPC. E2. У первинній обмотці при цьому проходить слабкий струм I0, який називають струмом холостого ходу. Оскільки спад напруги на опорі обмотки дуже малий, то напруга U1буде трохи більша за EPC E1, але практично U1.= E1
Отже, в процесі холостого ходу трансформатора напруги на обмотках прямо пропорційні числу витків обмоток:
7. Якщо число витків у вторинній обмотці N2 більше, ніж у первинній N1, то трансформатор називають підвищувальним, а якщо N2 менше, ніж N1,— знижувальним. 8. Відношення числа витків первинної обмотки до числа витків вторинної обмотки називають коефіцієнтом трансформації п:
У знижувального трансформатора п більше за одиницю, а в підвищувального — менше за одиницю.
9. Якщо коло вторинної обмотки замикають (до трансформатора приєднують навантаження), то струм вторинної обмотки /2 створює в осерді магнітний потік, напрямлений назустріч потоку первинної обмотки. Ослаблення потоку в осерді зменшує ЕРС Е1у первинній обмотці. Тому струм у ній зростає до такого значення І1при якому її магнітний потік скомпенсує зустрічний потік вторинної котушки, і результуючий потік в осерді буде попереднім.
10. Оскільки магнітний потік котушки пропорційний числу її витків і струму, можна наближено вважати, що (насправді трохи більше за І2 N2) тобто сила струму в обмотках обернено пропорційна числу витків.
11. Узагальнений вираз для коефіцієнта трансформації -
12. Коефіцієнт корисної дії трансформатора визначають . ККД трансформаторів є найбільшим серед усіх електротехнічних пристроїв.
Конспект.
Розв’язування задач.
Модель № 1. ( миттєве та максимальне значення ЕРС )
Рамка площею 100см2 , що містить 1000 витків, обертається в магнітному полі з частотою 420 об/хв. Індукція магнітного поля 0,1 Тл. Визначити максимальне значення ЕРС, та миттєве значення ЕРС в момент часу t =2 c.
Модель № 2. (максимальне та діюче значення сили струму ) )
2. Рамка площею 100см2 , що містить 1000 витків проводу опором Ом, обертається в магнітному полі з частотою 480 об/хв. Індукція магнітного поля 0,1 Тл Рамку замкнено зовнішнім опором 20 Ом. Знайти максимальне та діюче значення сили струму. Визначити максимальну потужність у зовнішній ділянці кола.
Модель № 3. ( період і частота змінного струму )
3. Сила струму змінюється за законом . Визначити період і частоту коливань струму.
Модель № 4.( індуктивний та ємнісний опори )
4.а. Який ємнісний опір має конденсатор ємністю 5 мФ в колі змінного струму з частотою 50 Гц?
а) 1 Ом; б) 0,6 Ом; в) 1,5 Ом; г) 3 Ом;
4.б. Який індуктивний опір соленоїда при частоті струму 50 Гц? Індуктивність соленоїда 0,5 Гн.
а) 157 Ом; б) 1600 Ом; в) 1700 Ом; г) 2000 Ом;
Модель № 5.( резонанс напруг )
5. У коло ввімкнули конденсатор ємністю 20 мкФ і котушку індуктивністю 0,05 Гн. При якій частоті струму в цьому колі настане резонанс? а) 170 Гц; б) 140 Гц; в)159Гц; г)120Гц
Модель № 6.( повний опір )
6. Який опір кола змінного струму, якщо в коло послідовно увімкнуто активний опір 3 Ом та індуктивний опір 4Ом? а) 5 Ом; б) 7 Ом; в) 12 Ом; г) 25 Ом;
Модель №7( трансформатори)
7. Трансформатор з коефіцієнтом трансформації 10 знижує напругу від 104 В до 800 В на виході. При цьому у вторинній обмотці протікає струм силою 2 А. Який опір вторинної обмотки?
а) 200 Ом; б) 100 Ом; в) 150 Ом; г) 250 Ом;
8. Первинна обмотка трансформатора має 12000 витків і ввімкнена в коло з напругою 120В. Яку кількість витків повинна мати вторинна обмотка, якщо при силі струму 1 А напруга на її кінцях дорівнює 3,5 В? Опір вторинної обмотки становить 0,5 Ом. а) 310 В; б) 357 В; в) 380 В; г) 400 В;
Домашнє завдання:
1.Опрацювати по підручнику тему « Змінний струм. Трансформатори»
2. Вивчити основні означення даної теми.
3. Розв’язати задачі: 1. Рамка площею 100см2 , що містить 10000 витків проводу опором Ом, обертається в магнітному полі з частотою 1800 об/хв. Індукція магнітного поля 10 Тл Рамку замкнено зовнішнім опором 1000 Ом. Знайти максимальне та діюче значення сили струму. Визначити максимальну потужність у зовнішній ділянці кола
2. Електрична піч, опір якої 20 Ом, живиться від генератора змінного струму. Яку кількість теплоти виділяє піч за одну годину, якщо амплітуда сили струму 10 А? а)0,6МДж; б) 3,6 МДж; в)2,4МДж; г)200Дж;
3.. Знижувальний трансформатор з коефіцієнтом трансформації 10 увімкнуто в електромережу з напругою 220 В. У вторинній обмотці протікає струм силою 5 А. Яку потужність споживає трансформатор? а)110Вт; б) 100 Вт; в)150Вт; г)200Вт;