Решение: Назначение и Принцип Действия Трансформаторов

На основе представленного конспекта подготовил ответы на вопросы. Записи структурированы так, чтобы их было удобно переписать в школьную тетрадь. Вопрос 1. Назначение и классификация трансформаторов Назначение: Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмотки и предназначенное для преобразования одного значения напряжения переменного тока в другое (первичное во вторичное). Основные цели использования: 1. Передача электроэнергии на дальние расстояния. Для уменьшения потерь в линиях электропередач (ЛЭП) напряжение повышают до высоких значений (до \(500 \text{ кВ}\) и выше). 2. Распределение энергии. В местах потребления напряжение понижают до нужных значений: в промышленных сетях до \(660 \text{ В}\) или \(380 \text{ В}\), в бытовых — до \(220 \text{ В}\). 3. Применение в технике. Используются в промышленном оборудовании, устройствах автоматики и бытовых приборах. Классификация: 1. По принципу изменения напряжения: — Повышающие: если вторичное напряжение больше первичного \( (U_2 > U_1) \). — Понижающие: если вторичное напряжение меньше первичного \( (U_2 < U_1) \). 2. По типу обмоток: — Обмотка высшего напряжения (ВН): подключается к сети с более высоким напряжением. — Обмотка низшего напряжения (НН): подключается к сети с меньшим напряжением. Важное свойство: любой трансформатор обладает свойством обратимости (один и тот же аппарат может быть и повышающим, и понижающим). Вопрос 2. Принцип действия трансформаторов В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Процесс работы: 1. На первичную обмотку подается переменное напряжение \( U_1 \). По виткам протекает переменный ток \( i_1 \). 2. Этот ток создает в магнитопроводе (сердечнике) переменный магнитный поток \( \Phi \). 3. Магнитный поток пронизывает витки обеих обмоток. 4. В первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции \( e_1 \), а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции \( e_2 \). 5. Если к выводам вторичной обмотки подключить нагрузку \( Z_H \), то под действием ЭДС \( e_2 \) в ней возникнет ток \( i_2 \) и установится напряжение \( U_2 \). Особенности конструкции: — Магнитопровод изготавливается из листов электротехнической стали (метод шихтования) для уменьшения вихревых токов (токов Фуко), что повышает КПД. — Первичная и вторичная обмотки не имеют электрической связи, энергия передается исключительно электромагнитным путем. — Трансформатор работает только на переменном токе. Если подключить его к источнику постоянного тока, магнитный поток будет неизменным, ЭДС во вторичной обмотке не возникнет, и трансформатор может сгореть.