Переменный электрический ток

Вынужденные электромагнитные колебания Амплитудное значение силы тока Действующие значения силы тока и напряжения

Вынужденные электромагнитные колебания Амплитудное значение силы тока Действующие значения силы тока и напряжения

Генератор переменного тока Трансформатор Передача и использование электроэнергии Типы электростанций

Генератор переменного тока Трансформатор Передача и использование электроэнергии Типы электростанций

действующие или эффективные значения силы тока и напряжения Средняя мощность переменного тока

Коэффициент трансформации При K > 0 трансформатор называется повышающим, при K < 0 – понижающим.

Схема высоковольтной линии передачи

Переменный ток. Передача энергии на расстояние. Трансформаторы и электрические машины переменного тока. Физические процессы, происходящие в цепях переменного тока, представляют собой вынужденные колебания. Важность цепей переменного тока объясняется тем, что большое число генераторов переменного тока, вырабатывающих синусоидальное напряжение, производят основную часть электроэнергии в мире. Если электрический генератор создает синусоидальное напряжение U = U 0 sin ωt, То по закону Ома в цепи, содержащей только проводник (резистор) с сопротивлением R, I = I 0 sin ωt, Величина I 0 = называется амплитудным значением силы тока. Переменным током называется электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону. Машина, превращающая механическую энергию в энергию переменного тока с использованием явления электромагнитной индукции, называется генератором переменного тока. Основные части генератора: неподвижный статор; вращающийся ротор. Назначение ротора – создать в машине магнитное поле необходимое для наведения ЭДС в обмотке статора. В статоре сделана обмотка, в которой индуцируется посылаемый во внешнюю цепь переменный ток. В рамке, вращающейся с постоянной скоростью в однородном магнитном поле, возникает наведенная ЭДС, изменяющееся по синусоидальному закону ε = ε 0 sin ωt, Здесь ε 0 = ВSω – амплитуда ЭДС индукции. Для преобразования напряжения на электростанциях и у потребителей используются трансформаторы.

Трансформатор – это устройство для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из двух обмоток, одна из которых называется первичной, а другая – вторичной. Обмотки трансформатора могут быть намотаны параллельно или расположены на общем сердечнике. Действие трансформатора основано на законе электромагнитной индукции. Магнитный поток, создаваемый током в первичной обмотке, проходит через вторичную обмотку. Трансформатор может работать только на переменном токе. Тип трансформатора определяется коэффициентом трансформации, который равен отношению числа витков в первичной катушке к числу витков во вторичной: k= = =. При k 1 – понижающим. Трансформатор применяется не только для повышения или понижения напряжения, но и для передачи электрической энергии на расстояние. Большую мощность можно передавать либо в виде большого тока, но под малым напряжением, либо в виде малого тока, но при большом напряжении. Для передачи большого тока нужны толстые провода. Гораздо выгоднее передавать электроэнергию в виде малого тока, но под возможно большим напряжением. Поэтому применяют высоковольтные линии передач. Снижение илы тока в n раз снижает потери в n2 раз.

Схема передачи и распределения энергии: генератор переменного тока (10 – 20 кВ); повышающий трансформатор (500 кВ, 750 кВ кВ); высоковольтные линии электропередачи; понижающие трансформаторы (до 127 В, 220 В, 380 В.660 В); потребитель. Потребление энергии в различных сферах хозяйства: промышленность – 70 %; транспорт – 15 %; сельское хозяйство – 10 %; быт - 5 %. Коэффициент полезного действия электростанций: ТЭС – 40 %, ГЭС – 95 %, АЭС – 20 %. Экологические проблемы: ТЭС (загрязнение продуктами сгорания, изменение теплового баланса из-за рассеяния тепловой энергии); ГЭС (изменение климата, нарушение экологического равновесия, уменьшение пахотных площадей); АЭС (безопасность станций, тепловые потери, проблемы захоронения отходов).