Физика

за сваког по нешто

Трансформатори

Преузми Word документ

Једносмерна електрична струја:

  • централе обично у градовима (близу потрошача)
  • једносмерна струја не може да се преноси на велике даљине – велики губитак (због отпорности проводника)

Тесла:

  • доказао да на даљину може да се економично преноси једино наизменична струја
  • прва велика хидроцентрала на Нијагари.

Тесла је поставио систем преноса електричне енергије на даљину трансформацијом наизменичне струје, при чему се мења њен напон и јачина.

 

Уређаји помоћи којих се врши промена напона и јачине наизменичне струје називају се трансформатори.

Трансформатор се састоји од примарног и секундарног калема (примара и секундара). Они су намотани на раму од меког гвожђа који чини језгро трансформатора.

2016-11-12_17-55-43

симбол за приказ трансформатора са језгром:

2016-11-12_17-54-45

Принцип рада:

  • примар се укључује на извор наизменичне струје;
  • наизменична електрична струја изазива променљиво магнетно поље у језгру трансформатора;
  • променљиво магнетно поље индукује струју у навојима секундара;
  • потрошач се прикључује на секундар.

Гвоздено језгро омогућава да се кроз њега преноси флукс из примарног у секундарни калем. Промена магнетног флукса у једном навоју примара једнака је промени флукса у једном навоју секундара.

 

На основу Фарадејевог закона следи да је:

\varepsilon _{p}=-n_{p}\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}          \varepsilon _{s}=-n_{s}\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}

  • напон на примару је приближно једнак индукованој електромоторној сили U_{p}=\varepsilon _{p}
  • напон на крајевима секундара једнак је индукованој електромоторној сили U_{s}=\varepsilon _{s}

\frac{\varepsilon _{p}}{\varepsilon _{s}}=\frac{U_{p}}{U_{s}}=\frac{n_{p}}{n_{s}}

\frac{U_{p}}{U_{s}}=\frac{n_{p}}{n_{s}}         једначина трансформатора

  • Up – напон примара, np – број навоја примара
  • Us – напон секундара, ns – број навоја секундара

Напони примара и секундара су сразмерни бројевима њихових навоја.

Ако секундар има више навоја од примара, напон на секундару ће бити виши од напона на примару.

Промена напона помоћу трансформатора постиже се променом односа броја навојака примарног и секундарног калема.

 

Када не би било губитака снага секундарног кола била би једнака снази примарног кола.

P_{p}=P_{s}

U_{p}I_{p}=U_{s}I_{s}

\frac{U_{p}}{U_{s}}=\frac{I_{s}}{I_{p}}

При трансформацији наизменичне струје однос напона примара и секундара обрнуто је сразмеран јачинама њихових струја.

Колико се повиси напон, толико пута се смањи јачина електричне струје и обрнуто.

\frac{I_{s}}{I_{p}}=\frac{n_{p}}{n_{s}}

Јачине струја примара и секундара обрнуто су сразмерне бројевима њихових навоја.

Ако се мери јачина струје уочава се да ће струја у секундару бити онолико пута јача колико је на њему мање навоја него на примару.

 

Ако би се примар повезао на извор једносмерне струје у језгру би се јавило стално магнетно поље које не индукује струју. Осим краткотрајно при укључивању односно искључивању.

Једносмерна струја не коже да се трансформише.

 

У реалним трансформаторима увек постоје губици: све магнетне линије се не затварају кроз језгро, због загревања навоја, због индуковања вртложних струја…

Због смањења губитака због појаве вртложних струја језгра трансформатора се праве слагањем танких лимова.

Због постојања губитака, увек је

P_{p}>P_{s}

U_{p}I_{p}>U_{s}I_{s}

Квалитет трансформатора се процењује на основу коефицијента корисног дејства:

\eta =\frac{U_{s}I_{s}}{U_{p}I_{p}}

Транформатори се убрајају у уређаје са највећим степеном корисног дејства, који се кређе и до 99%. То значи да се приликом трансформације врло мали део енергије (1%) губи. Зато је снага секундара нешто мања од снаге примара.

 

 

Примери примене трансформатора

Апарат за електрично заваривање – трансформатор чији секундар има само неколико навоја дебеле жице – даје струје ниског напона, али велике јачине.

2016-11-12_18-35-15

Индукциона пећ – секундар представља метал који се топи – индукује се струја велике јачине – ослобађа се велика количина топлоте.

2016-11-12_18-18-22

 

 

Пренос електричне струје на даљину

Електрична струја поризведена у генераторима далеководима се преноси до потрошача. Приликом проласка струје кроз далеководе, проводници се загревају, што представља губитак електричне енергије.

Q =I^{2}Rt          Џул-Ленцов закон

Губици могу да се смање смањивањем отпорности проводника и смањивањем јачине електричне струје.

Смањивање отпорности може да се врши употребом проводника већег попречног пресека и избором материјала који имају малу специфичну отпорност. Смањење отпорности проводника је ограничено техничким и економским разлозима.

Проблем смањења јачине електричне струје једноставно се решава трансформаторима. За исту снагу, колико пута се повећа напон толико пута се смањи јачина струје.

Напон у далеководима је и до неколико стотина киловолти.

Код нас се углавном у домаћинствима користи напон од 220V. Пошто се пренос електричне енергије на велике удаљености врши при високом напона, а потом се он близини потрошача снижава.

 

 


Додатак:

 

 

 

 

Снага наизменичне струје Појам о трофазној струји