определение, принцип работы, назначение и применение трансформатора

Устройство трансформатора

Определение 1

Трансформатор — это статический прибор, который разработан для того, чтобы преобразовывать напряжение и передавать его на большие расстояния без изменения частоты электрического тока.

Самый простой трансформатор включают в себя две обмотки с изолированными электропроводами. Эти провода намотаны вокруг стального многослойного сердечника. 

Источник: hees.ru

Простое объяснение принципа работы прибора

Как устроена работа трансформатора:

Как только к одной из обмоток подводят электроток, появляется сильное магнитное поле вокруг стального сердечника, на котором она обмотана. А когда к процессу подключают вторичную обмотку, по закону электромагнитной индукции электрический ток передается от одной катушки к другой.

Любой трансформатор способен работать в 3-х режимах: 

1. Рабочий режим — когда вторичная катушка трансформатора получает ток, напряжение и сопротивление от первичной цепи.
2. Режим холостого хода предполагает размыкание вторичной обмотки. Этот режим позволяет произвести расчет коэффициента трансформации и измерить ток, который течет в первичной цепи.
3. Режим короткого замыкания предполагает замыкание концов вторичной обмотки напрямую, при котором сопротивление в цепи равно нулю. В этом режиме можно определить потери, которые происходят за счет нагревания обмоток.

Коэффициент трансформации

Определение 2

Коэффициент трансформации в трансформаторе — это величина, которая показывает преобразовательную функцию трансформатора относительно одного из параметров электрической цепи: силы тока, напряжения или сопротивления.

В физике формулы для вычисления этой величины представлены таким образом:

Коэффициент трансформации показывает, каким устройством он является: повышающим или понижающим.

Повышающим он бывает в том случае, если на вторичной обмотке величина напряжения больше, чем на первичной. 

Понижающим — в том случае, если во второй цепи возникает меньшее по величине напряжение, чем в первичной цепи.

Классификация по видам

Трансформатор — это сложное устройство, поэтому существует несколько их классификаций:

• по числу фаз трансформаторы бывают: однофазными, трехфазными, многофазными;
• по числу обмоток: двух, трех, многообмоточными;
• по принципу действия: понижающими, повышающими, разделительными;
• по назначению: силовыми, измерительными, специальными;
• по способу охлаждения: сухими или масляными;
• по типу магнитопровода: стержневыми; броневыми или кольцевыми.

Самая обширная классификация трансформаторов — это классификация по их назначению. 

Трансформаторы бывают:

1. Силовыми. Это высокомощные аппараты, которые используют на линиях электропередачи и крупных подстанциях для преобразования электроэнергии и подачи ее конечным пользователям.
2. Автотрансформаторами. Такие приборы характеризуются тем, что первичная и вторичная катушки в них связаны друг с другом напрямую.
3. Измерительными. В таких трансформаторах первичная катушка последовательно подключается к электрической цепи с другими устройствами, а вторичная обмотка используется для измерения приборов и функционирует в режиме короткого замыкания.
4. Трансформаторами напряжения. Такие устройства понижают напряжение и применяются для изоляции электрических цепей и защиты измерительных приборов.
5. Импульсными. Такие трансформаторы созданы, чтобы преобразовывать амплитуду и полярность импульсов, не меняя их формы.
6. Сварочными. Эти устройства работают при большом сварочном токе, необходимом для расплавления металла. Напряжение в сети должно быть снижено до безопасного уровня.
7. Разделительными. Такие трансформаторы характеризуются отсутствием какой-либо электросвязи между обмотками и используются для увеличения безопасности электрических сетей и создания развязки между ее узлами.
8. Согласующими. Такие аппараты нужны для согласования сопротивления в электрических схемах. Устройства такого типа обеспечивают наименьшее искажение сигналов и создают развязки между устройствами, включенными в электрическую цепь.
9. Пик-трансформаторами. Эти аппараты преобразовывают синусоидальный ток в напряжение импульсов.
10. Воздушными. Это трансформаторы сухого охлаждения. Они необходимы, чтобы преобразовывать напряжение в сети.
11. Масляными. Такие устройства применяются при большой выходной мощности для того, чтобы не случилось разрушения изоляции обмоток. Охлаждение системы в них происходит с использованием специального масла.
12. Сдвоенными дросселями. В таких трансформаторах находятся две идентичные обмотки, за счет чего между ними образуется встречный индуктивный фильтр.
13. Вращающимися. Такие устройства состоят из 2-х полусердечников с обмотками. Катушки вращаются друг относительно друга. Работа в таких трансформаторах возможна именно за счет большой скорости вращения.

Применение в источниках электропитания

Помимо основных задач устройства предназначены для: 

• передачи электроэнергии на дальние расстояния;
• обеспечения необходимой схемы работы в преобразовательных устройствах;
• согласования напряжения на входе и выходе аппаратов — трансформатор применяют для работы самых разных бытовых, электротехнических, радио- и теле приборов. Примером может служить трансформатор в чайнике или светодиодном светильнике.

Эти аппараты активно используются во многих областях промышленности: машиностроении, электроэнергетике, на транспорте. 

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Выпускные экзамены уже на пороге, а родители и дети с замиранием сердца ждут итоговых баллов и готовятся к поступлению.

Как облегчить этот процесс и сделать его менее волнительным? Лучшее решение — правильно выбрать колледж, чтобы потом не пожалеть.

Почему IT-колледж

Рентабельное образование — тренд последних лет. Это значит, что затраты ресурсов — денег, времени, усилий — должны окупиться в среднесрочной перспективе. С этой точки зрения многие профессии перестают быть привлекательными для вчерашних школьников, потому что обучение занимает иногда до 10 лет.

В IT все иначе. В образовательных учреждениях программы построены так, чтобы давать студентам больше практических навыков, стоящих на фундаменте теории. К тому же индустрия информационных технологий — это разнообразные перспективы: можно работать на местные, зарубежные компании или не выбирать вовсе и работать удаленно. Зарплаты айтишников во всех странах мира в среднем выше, чем заработок специалистов других отраслей. В Казахстане эта разница составляет более 100%: 

Средняя зарплата айтишника — 558 700 тг

Средняя зарплата в Казахстане в целом —  204 168 тг 

На что смотреть при выборе колледжа

Выбор вслепую чреват неудовлетворенностью от учебного процесса и разочарованием в профессии. Есть несколько критериев, которые помогут определиться с колледжем и не пожалеть.  

Образовательные программы

В первую очередь нужно изучить, какие профессиональные области предлагают местные колледжи. Так проще охватить весь рынок труда и понять, в каком направлении нужны кадры. Можно сходить на дни открытых дверей, познакомиться с преподавателями, студентами и выпускниками, чтобы от первого лица узнать об учебных планах

Самый простой способ — зайти на сайт образовательной организации и изучить раздел с программами. На сайте Хекслет Колледжа, который открывается в Алмате, подробно указаны направления обучения, будущие навыки студентов и дисциплины.  

Рейтинг

Важную роль играют отзывы. Их можно найти в интернете на специальных платформах-отзовиках. Основная проблема таких сайтов — не всегда достоверная, а подчас просто эмоциональная информация. За аккаунтом на отзовике может скрываться как реальный студент, так и представитель конкурирующей организации — отличить их бывает непросто.

Чтобы отделить реальные отзывы от накрученных (хвалебных или слишком негативных), можно выбрать другой способ — подписаться на официальные студенческие странички колледжа в соцсетях. Важно, чтобы это был не корпоративный аккаунт, который ведет команда профессионалов, а живая группа или чат, в котором студенты делятся проблемами и расскажут в деталях всю правду об учебном заведении. 

Местоположение и бонусы

Иногда колледжи находятся далеко от места жительства абитуриента — и это большая проблема, если нет возможности переехать или администрация не предоставляет общежитие. 

В этом случае нужно обратить внимание на вариацию форматов обучения: очное, заочное или дистанционное. Лучше, если у колледжа есть все опции, так как в этом случае проще выбрать удобную для себя.

Бюджетные учебные заведения как правило предоставляют стипендию, реже — материальную помощь или гранты. Но эту возможность тоже нужно иметь в виду. В коммерческих колледжах такие бонусы не предусмотрены. 

Консультация с профессионалами

Оценить экспертизу колледжа и его преподавателей бывает сложно, особенно если абитуриент еще плохо разбирается в тонкостях IT-индустрии. Чтобы погрузиться глубже, можно обратиться к практикующим специалистам сферы. Они ответят на вопросы, подскажут, какие подводные камни нужно обязательно иметь в виду, и оценят профессионализм команды колледжа. 

Чем колледж лучше вуза

Основная особенность среднего профессионального образования — его ориентация на практику. В вузах обучение длится больше, а программа составлена так, чтобы студенты получали всесторонние фундаментальные знания не только в своей области. Это отличный подход — но он нравится не всем, особенно если хочется быстрее стартовать в работе.

Второй плюс колледжа — возможность поступления без ЕНТ. Так, для IT-колледжа Хекслет требуется только аттестат за 9 или 11 класс. При этом колледж сохраняет все преимущества для студентов: отсрочку от армии, диплом государственного образца и возможность продолжить образование в вузе — к тому же на льготных условиях.

Наконец, двери колледжа открыты не только для выпускников 9 классов. Без результатов ЕНТ в Хекслет Колледж могут поступить и 11-классники, и люди, давно закончившие школу и получившие стороннее образование.

Трансформатор

Трансформатор

Трансформатор использует закон Фарадея и ферромагнитные свойства железного сердечника для эффективного повышения или понижения напряжения переменного тока. Это конечно, нельзя увеличивать мощность так, чтобы при повышении напряжения ток пропорционально снижался и наоборот. Расчет Отраженная нагрузка в трансформаторе	Индекс Концепции трансформаторов Концепции магнитного поля
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица 9005 1	Назад

Закон Фарадея Магнитное поле соленоида Расчет	Индекс Магнитная сила Концепции трансформаторов Концепции закона Фарадея
9 0049 R Ступица Гиперфизика*****Электричество и магнетизм	Назад

Первичный Первичное напряжение = В P = вольт. Первичный ток = I P = Ампер Первичный ток = Н P = оборотов Среднее Вторичное напряжение = В S = вольт Вторичный ток = I S = амперы Вторичные витки = N S 9012 1 = витки Нагрузочный резистор = R = Ом Для идеального трансформатора: Мощность Используемая мощность = P P = P S = Вт Идеальный трансформатор пренебрегает потерями на резистивный нагрев в первичной обмотке и предполагает идеальную связь со вторичной обмоткой (т. е. отсутствие магнитных потерь). Дополнительная реалистичная обработка: Числовой пример Расчет с первичными потерями Примечания: Для этого пробного расчета вы можете ввести данные для любого параметра, кроме мощности. Затем нажмите на активный текст параметра, который вы хотите рассчитать; значения не будут принудительно согласованы, пока вы этого не сделаете. Для первичных расчетов напряжение и число витков во вторичке будем считать установленными и наоборот. Для неуказанных параметров будут введены значения по умолчанию, но все значения, кроме мощности, могут быть изменены.

Индекс Концепции трансформаторов Концепции закона Фарадея

Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица

Вернуться

Трансформеры | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять, как работает трансформатор.
• Рассчитайте напряжение, ток и/или количество витков, зная другие величины.

Трансформаторы

делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. 1), который преобразует переменное напряжение 120 или 240 В в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 2. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества энергии требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более популярным в связи с распространением электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Рис. 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте — см. рис. 3, — основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи.

Две катушки называются первичной и вторичными катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение В _с почти полностью зависит от входного напряжения В _р и соотношение количества витков в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение

В _с равное

[латекс] {V} _ {\ text {s}} = — {N} _ {\ text {s}} \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex],

, где N _s — количество витков вторичной обмотки, а Δ Φ /Δ t — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ( В _с = ЭДС _с ), при условии, что сопротивление катушки мало (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому Δ Φ / Δ t одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение

В _p также связано с изменением потока на

[латекс]{V}_{p}=-{N}_{\text{p}}\frac{\Delta\Phi} {\Delta t}\\[/латекс].

Причина этого более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная обмотка сопротивляется изменению потока, вызванному входным напряжением V _p , отсюда и знак минус (это пример самоиндукции , эта тема будет подробно рассмотрена в последующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{ {N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\[/latex]

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор понижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивая входную и выходную мощность,

P _p = I _p V _p = I 901 20 с В _с = P _с .

Перестановка терминов дает

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} { {I}_{\text{s}}}\\[/латекс].

В сочетании с [латекс]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s} }}{{N}_{\text{p}}}\\[/latex], мы находим, что

[латекс]\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_ {\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\[/latex]

— отношение между выходной и входной токи трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (a)

Решаем [латекс]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{ {N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\[/latex] для [латекса]{N}_{\text{s}}\\[/ латекс] на 9{4}\end{массив}\\[/латекс].

Обсуждение для (a)

Большое количество витков во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для получения такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b)

Аналогично можно найти выходной ток вторичной обмотки, решив [латекс]\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_{\ text{p}}}=\frac{{N}_{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\[/latex] для [латекса]{I}_{ \text{s}}\\[/latex] для 9{4}}=12,0\text{ мА}\end{массив}\\[/latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, ток на выходе значительно меньше, чем на входе. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что здесь потребляемая мощность равна P _p = I _p В _p = (10,00 А)(120 В) = 1,20 кВт. Это соответствует выходной мощности P _p = I _с В _с = (12,0 мА)(100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, ясно показывает, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное изображенному на рис. 4. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо повысить или понизить напряжение.

Рис. 4. Трансформаторы не работают при чистом входном напряжении постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (b) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (a)

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение [латекс]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s}}}{{ N}_{\text{p}}}\\[/latex] для [латекса]{N}_{\text{s}}\\[/latex] для N _s и ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {N} _ {\ text {s}} & =& {N} _ {\ text {p}} \ frac {{V} _ {\ text {s }}}{{V}_{\text{p}}}\\ & =& \left(\text{200}\right)\frac{15.0 \text{V}}{120 \text{V}} =25\конец{массив}\\[/латекс]

Стратегия и решение для (b)

Текущие входные данные могут быть получены путем решения [latex]\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_{\text{p} }}=\frac{{N}_{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\[/latex] для I _p и ввод известных значений. Это дает

[латекс]\begin{array}{lll}{I}_{\text{p}}& =& {I}_{\text{s}}\frac{{N}_{\text {s}}}{{N}_{\text{p}}}\\ & =& \left(16.0\text{A}\right)\frac{25}{200}=2.00\text{A} \end{массив}\\[/латекс]

Обсуждение

Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз отметим, что это решение основано на предположении о 100%-ной эффективности, т. е. выходная мощность равна входной мощности ( P _p  =  P _s ) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

Трансформаторы имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в книге «Электробезопасность: системы и устройства».

PhET Исследования: Генератор

Вырабатывайте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

  [латекс]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s}}}{{ N}_{\text{p}}}\\[/латекс],

  где В _p  и В _s  напряжения между первичной и вторичной обмотками, имеющими N _p и N 901 20 с 90 121 оборота.

• Токи I _p  и I _с в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением [латекс]\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_{\text{p}}}=\frac{{N} _{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\[/латекс].
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, что вызывает физические вибрации в трансформаторах, частота которых в два раза превышает частоту переменного тока.

Задачи и упражнения

1. Подключаемый трансформатор, подобный изображенному на рис. 4, подает напряжение 9,00 В на игровую систему. а) Сколько витков во вторичной обмотке, если входное напряжение 120 В, а в первичной обмотке 400 витков? (b) Каков его входной ток, когда его выходной ток равен 1,30 А?

2. Путешественница из США в Новой Зеландии носит с собой трансформатор для преобразования стандартного новозеландского напряжения 240 В в 120 В, чтобы в поездке она могла пользоваться небольшими бытовыми приборами. а) Каково соотношение витков в первичной и вторичной обмотках ее трансформатора? б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как могла жительница Новой Зеландии, путешествующая по Соединенным Штатам, использовать этот же трансформатор для питания своих приборов на 240 В от 120 В?

3. В кассетном магнитофоне используется сменный трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. а) Каков текущий вход? б) Какова потребляемая мощность? (c) Разумно ли такое количество энергии для небольшого электроприбора?

4. (a) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарей, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная обмотка 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток необходим для получения выходного тока 4,00 А? в) Какова потребляемая мощность?

5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим, что эффективность 100%. (b) Если фактический КПД меньше 100 %, должен ли входной ток быть больше или меньше? Объяснять.

6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, в которых может сниматься напряжение, что дает выходное напряжение 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В для первичной обмотки из 280 витков. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ. Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение в 335 кВ. Вторичная часть этого трансформатора заменяется, чтобы его мощность могла составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности по модернизированным линиям электропередачи. а) Каково соотношение витков в новой вторичной обмотке по сравнению со старой вторичной обмоткой? (б) Каково отношение новой мощности по току к старой мощности (на 335 кВ) для той же мощности? (c) Если модернизированные линии электропередачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новой линии к потерям мощности в старой?

8. Если выходная мощность в предыдущей задаче 1000 МВт, а сопротивление линии 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?

9. Необоснованные результаты  Электричество переменного тока напряжением 335 кВ от линии электропередачи подается на первичную обмотку трансформатора. Отношение числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно N _с / N _p = 1000. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?

10. Создайте свою собственную задачу  Рассмотрим двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух ступеней. Первый — это трансформатор, который выдает гораздо большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение конечного каскада на основе входного напряжения первого каскада и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки). Также рассчитайте максимальный выходной ток конечной ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

Глоссарий

преобразователь:

устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора:

уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках;[latex]\frac{{V}_{\text{s}}}{{V} _{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\[/latex]

Повышающий трансформатор:

трансформатор повышающий напряжение

понижающий трансформатор:

трансформатор, понижающий напряжение

Избранные решения задач и упражнений

1.