transof. fizyka
advertisement
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prądów elektrycznych w zamkniętym obwodzie podczas przemieszczania się względem siebie źródła pola magnetycznego i tego zamkniętego obwodu. Mówimy, że w obwodzie jest indukowana siła elektromotoryczna (SEM indukcji), która wywołuje przepływ prądu indukcyjnego. Prawo indukcji Faradaya stosuje się do trzech różnych sytuacji fizycznych: Nieruchoma pętla, względem której porusza się źródło pola magnetycznego (mamy tzw. elektryczną SEM). Przewód w kształcie pętli porusza się w obszarze pola magnetycznego (magnetyczna SEM). Nieruchoma pętla i nieruchome źródło pola magnetycznego lecz zmienia się prąd, który jest źródłem pola magnetycznego (także elektryczna SEM). Reguła Lenza Prąd indukowany ma taki kierunek, że przeciwstawia się zmianie, która go wywołała. Kierunek prądu indukowanego w pętli (rysunek) zależy od tego czy strumień rośnie czy maleje (zbliżamy czy oddalamy magnes). Ta reguła dotyczy prądów indukowanych. v S N I v S N I Przesunięcie fazowe jest to różnica pomiędzy wartościami fazy dwóch okresowych ruchów drgających (np. fali lub dowolnego innego okresowego przebiegu czasowego). Ponieważ faza fali zazwyczaj podawana jest w radianach lub w stopniach kątowych również i przesunięcie fazowe wyrażone jest w tych samych jednostkach. W niektórych przypadkach przesunięcie fazowe może być wyrażone również w jednostkach czasu lub częściach okresu. Przekładnia transformatora - liczba określająca stosunek wartości napięcia wtórnego do pierwotnego w transformatorze. Dla transformatora idealnego przekładnia, zazwyczaj oznaczaną grecką literą η, jest równa: gdzie: n - liczba zwojów uzwojenia U - napięcie elektryczne I - natężenie prądu elektrycznego wej - strona pierwotna (stosuje się również oznaczenie 1) wyj - strona wtórna (stosuje się również oznaczenie 2) W transformatorze rzeczywistym powyższe zależności nie są ścisłe i wartość przekładni obliczana jest w zależności od przeznaczenia i zastosowania transformatora. Dla przykładu, w transformatorach energetycznych przekładnia jest wyznaczana ze stosunków napięć, w przekładnikach prądowych ze stosunku prądów, a a transformatorach używanych do dopasowania impedancji ze stosunku liczby zwojów. Transformator (z łac. transformare – przekształcać) – maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie). Transformator umożliwia w ten sposób na przykład zmianę napięcia panującego w sieci wysokiego napięcia, które jest odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, na niskie napięcie, do którego dostosowane są poszczególne odbiorniki. W sieci elektroenergetycznej zmiana napięcia zachodzi kilkustopniowo w stacjach transformatorowych. Z kolei w elektrowniach, gdzie napięcie generatora zawiera się w granicach od 6 kV do dwudziestu kilku kV, stosuje się transformatory blokowe. Podwyższają one napięcia z poziomu napięcia generatora, na poziom sieci przesyłowej (z reguły 220 lub 400 kV)[1]. Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami), nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego. Oba obwody są zazwyczaj odseparowane galwanicznie, co oznacza, że nie ma połączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniami, a energia przekazywana jest przez pole magnetyczne. Wyjątkiem jest autotransformator, w którym uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne posiadają część wspólną i są ze sobą połączone galwanicznie. Zasada działania Jedno z uzwojeń (zwane pierwotnym) podłączone jest do źródła prądu przemiennego. Powoduje to przepływ w nim prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Zmienny strumień pola magnetycznego, przewodzony przez rdzeń transformatora, przepływa przez pozostałe cewki (zwane wtórnymi). Zmiana strumienia pola magnetycznego w cewkach wtórnych wywołuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej – powstaje w nich zmienna siła elektromotoryczna (napięcie). Jeżeli pominie się opór uzwojeń oraz pojemności między zwojami uzwojeń i przyjmie się, że cały strumień magnetyczny wytworzony w uzwojeniu pierwotnym przenika przez rdzeń do uzwojenia wtórnego (nie ma strat pola magnetycznego na promieniowanie), to taki transformator nazywamy idealnym. Dla transformatora idealnego obowiązuje wzór: gdzie: U – napięcie elektryczne, I – natężenie prądu elektrycznego, n – liczba zwojów, indeks we – strona pierwotna (stosuje się również indeks – 1), indeks wy – strona wtórna (stosuje się również indeks – 2). Zależność pomiędzy natężeniami i napięciami wynika z wyżej opisanych zależności i z zasady zachowania energii. W tym przypadku sprowadza się to do równości mocy wejściowej i wyjściowej: Poniższy stosunek: nazywamy przekładnią transformatora. Jeżeli liczba zwojów uzwojenia wtórnego jest mniejsza od liczby zwojów uzwojenia pierwotnego, to indukowane napięcie jest niższe od napięcia pierwotnego, taki transformator nazywa się obniżającym napięcie. Jeżeli liczba zwojów po stronie uzwojenia wtórnego jest większa od liczby zwojów po stronie uzwojenia pierwotnego, to napięcie wtórne jest wyższe od pierwotnego, a taki transformator nazywa się transformatorem podwyższającym napięcie. Prądem przemiennym-nazywamy taki prąd, którego wartośc natężenia i kierunek przepływu zmieniają się okresowo. Najczęściej spotykanym prądem przemiennym jest prąd sinusoidalny Natężeniem skutecznym-prądu przemiennego nazywamy natężenie takiego prądu stałego, którego moc jest równa mocy rozważanego prądu przemiennego(prąd stały o takim natężeniu wykona w jednostce czasu pracę o takiej samej wartości jak dany prąd przemienny) Isk=Im/pierw2 Isk-natezenie skuteczne, Im-natezenie max Napięciem skutecznym-prądu przemiennego nazywamy napięcie takiego prądu stałego, który ma taką samą moc jak dany prąd przemienny. Usk=Um/pierw2 Usk-napiecie skuteczne, Um-napiecie max
