Проєкт "Трансформатори і передача енергії"

Учениця 11 класу у власному навчальному дослідницькому проєкті з фізики на тему "Трансформатори і передача енергії" вивчає термін "трансформатор", які види трансформаторів існують на даний момент, а також дізнається про етапи виробництва, передавання й споживання енергії.

Докладніше про роботу:

У процесі роботи над індивідуальним дослідницьким проєктом з фізики на тему "Трансформатори і передача енергії" в учениці 11 класу була мета з'ясувати, що таке трансформатор і як передається енергія у них. Для досягнення мети міні-проєкту ученицею було вивчено довідкову літературу на тему дослідження.

Зміст

Вступ

1. Що таке трансформатор
2. Будова трансформатора
3. Фізичні властивості трансформатора
4. Класифікація трансформаторів
5. Застосування
6. Основні етапи виробництва, передавання й споживання енергії
7. Виробництво електроенергії
8. Передавання електроенергії

Висновок
Список використаних джерел

Трансформатори вважаються ключовими елементами в системах електроенергетики, відповідальними за ефективну передачу та розподіл електричної енергії. Ця дослідницька робота в рамках проєкту з фізики (11 клас) спрямована на вивчення принципів роботи трансформаторів, їхніх основних характеристик та ролі в передачі енергії.

Мета: з’ясувати що таке трансформатор та як передається енергія у них.

Об’єкти дослідження: трансформатор.

Завдання проєкту:

• Дізнатися що таке трансформатор
• Будова трансформатора
• Фізичні властивості трансформатора
• Класифікація трансформаторів
• Застосування
• Основні етапи виробництва, передання й споживання енергії
• Виробництво електроенергії
• Передавання електроенергії

Електричний струм ніколи не здобув би такого широкого застосування, якби його не можна було перетворити майже без втрат енергії. Перетворення змінного струму, за якого напруга збільшується або зменшується в кілька разів практично без втрати потужності, здійснюється за допомогою трансформаторів.

Трансформатор — це прилад для перетворення сили струму і напруги при незмінній частоті.

Трансформатор складається осердя замкненої форми, що виготовлене з м’якого феромагнетика, та двох обмоток, надітих на осердя. Первинна обмотка – з’єднана з джерелом змінної напруги, а вторинна обмотка приєднана до споживача.

Осердя набирається з тонких ізольованих листів трансформаторної сталі для зменшення вихрових струмів , які б його розігрівали.

Принцип дії трансформатора засновано на явищі електромагнітної індукції. Під час проходження змінного струму в первинній обмотці в осерді виникає змінний магнітний потік, залізне осердя передає магнітний потік від первинної обмотки до вторинної і збуджує ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці.

Використовуючи закон електромагнітної індукції якщо до кола вторинної обмотки під’єднати споживач струму, то трансформатор працюватиме під навантаженням. Струм, що з’явився у вторинній обмотці, створює свій магнітний потік, який за правилом Ленца прагне компенсувати зміни магнітного потоку в осерді.

Це призводить до автоматичного збільшення сили струму в первинній обмотці. Збільшення сили струму у колі первинної обмотки відбувається за законом збереження енергії. Потужність у первинному колі близька до потужності у вторинному колі

1. За призначенням: вимірювальні; для захисту; проміжні (для увімкнення вимірювальних пристроїв у струмові кола релейного захисту) і лабораторні (високої точності з багатьма коефіцієнтами трансформації);
2. За типом установки: для установки назовні у відкритих розподільних пристроях; для закритої установки; вбудовані в електричні апарати і машини; накладні, що розміщуються зверху на прохідних ізоляторах; переносні для контрольних вимірювань і лабораторних випробувань;
3. За конструкцією первинної обмотки: багатовиткові, одновиткові та шинні;
4. За виконанням ізоляції: з сухою ізоляцією, з паперово-масляною ізоляцією; залиті компаундом;
5. За кількістю ступенів трансформації: одноступеневі та двоступеневі (каскадні);
6. За робочою номінальною напругою: до 1000 (В) і більше від 1000 (В).

Трансформатор перетворює напруги в низькі або високі з малими втратами енергії. Він є важливим елементом багатьох електроприладів, механізмів і пристроїв: зарядних пристроїв, радіоприймачів, телевізорів, підстанцій, електростанцій і т. д.

Силові трансформатори, встановлені на електростанціях підстанціях, призначені для перетворення електроенергії з однієї напруги на іншу. Найбільшого поширення набули трифазні трансформатори. Силові трансформатори є основними елементами систем електропостачання і використовуються у всіх галузях економіки, включаючи промисловість, житлово-комунальне і сільське господарство, окремі установи, організації, фірми.

Вимірювальні трансформатори. Призначені для живлення електровимірювальних приладів, передавачі сигналу інформації вимірювальних приладів в установках змінного струму частоти 50 або 60 Гц.

Зварювальні трансформатори - для електрозварювання і електроплавлення. Для зварювальних апаратів використовують знижувальні трансформатори. Для зварювання потрібні дуже сильні струми, і трансформатор зварювального апарата має усього єдиний вихідний виток.

1. механічну енергію перетворюють в електричну за допомогою генераторів на електростанціях;
2. електричну напругу підвищують для передання електроенергії на більші відстані;
3. електроенергію передають під високою напругою по високовольтних лініях електропередач;
4. під час розподілу електроенергії споживачам електричну напругу знижують;
5. під час споживання електроенергії її перетворюють в інші види енергії — механічну, світлову або внутрішню

На електростанціях механічну енергію перетворюють в електричну за допомогою індукційних генераторів, у яких використовують явище електромагнітної індукції.

Механічною енергією на гідроелектростанціях є кінетична енергія води, що падає. Механічну енергію одержують із внутрішньої енергії за допомогою теплових двигунів (зазвичай парових турбін).

На теплових електростанціях внутрішня енергія виділяється під час спалювання нафти, вугілля або газу.
На атомних електростанціях енергія виділяється у результаті поділу атомних ядер радіоактивних речовин (переважно урану).

На електростанціях електрична енергія виробляється під напругою в десятки тисяч вольт. Потім для зменшення втрат під час передання на більші відстані напругу підвищують у десятки разів — до сотень тисяч вольт. Розподіляючи електроенергію по споживачах, напругу задля безпеки знижують у тисячі разів (до 220 В у житлових приміщеннях). Для підвищення й зниження напруги використовують трансформатори, дію яких засновано на явищі електромагнітної індукції.

У ході дослідження трансформаторів та їх ролі в передачі енергії в рамках проєкту з фізики у 11 класі "Трансформатори і передача енергії" були виявлені ключові аспекти їхньої роботи та визначені основні параметри, вплив яких визначає ефективність електроенергетичних систем.

Трансформатори, ґрунтуючись на принципах електромагнітної індукції, виявилися необхідними елементами для передачі та розподілу енергії у електромережах. Важливим аспектом в їхній роботі є визначення коефіцієнта трансформації, який дозволяє забезпечити потрібні рівні напруги та струму у вторинному звитку.

Застосування трансформаторів різних типів, таких як силові трансформатори, в широкому спектрі електротехнічних систем забезпечує ефективну передачу енергії, регулювання напруги та підтримання стабільності електросистем.

Метою дослідження у рамках проєкту "Трансформатори і передача енергії" було розкрити принципи роботи трансформаторів, їхні характеристики та застосування в електроенергетичних системах. Отримані знання можуть бути використані для покращення технологічних процесів в галузі електроенергетики та забезпечення сталого та ефективного виробництва та передачі електроенергії.