Переменный ток: производство, передача, потребление
Переменный ток – вид тока, главным отличием которого является периодическое изменение направления движения заряженных частиц. Переменный ток обладает рядом преимуществ. К ним относится более доступная технология производства, упрощенная схема передачи на расстояния, возможность изменения напряжения и преобразования переменного тока в постоянный.
Производство электроэнергии
Производителями электрического тока в промышленных масштабах являются атомные, тепловые и другие электростанции. Для получения переменного электрического тока используются индукционные генераторы. В них в результате вращения ротора механическая энергия преобразуется в электрическую. Частота тока, генерируемого электростанциями, составляет 50 Гц, напряжение – 10-20 кВт. Полученная на станциях электрическая энергия переменного тока поступает в трансформаторы. Здесь происходит повышение напряжения, необходимое для снижения потерь при транспортировке.
Передача тока на расстояния
Обеспечить поступление электрической энергии переменного тока от производителя к потребителям позволяет использование линий электропередач. Подавляющее большинство ЛЭП, функционирующих в России, рассчитано на транспортировку трехфазного тока. Воздушные лини электропередач представляют собой достаточно сложную систему. Ее основными компонентами являются металлические опоры и провода. Для крепления провода на опорах используются траверсы, изоляторы и специальная арматура. Дополнительно производится монтаж грозозащитных тросов и вспомогательного оборудования, выполняется заземление.
Потребители переменного тока
После транспортировки по линиям электропередач переменный ток поступает в трансформаторы, в которых напряжение снижается до потребительских показателей. Далее к многоквартирным домам и улицам в сельской местности ток напряжением 380 В подается через четырехпроводные сети. К отдельным квартирам и домам осуществляется транспортировка тока напряжением 220 В.
Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор
Благодаря огромной теоретической и практической работе ученых по изучению индукционного тока, сегодня в каждом доме есть электрическая энергия. На предыдущих уроках мы рассматривали простейшие опыты, которые легли в основу тех механизмов, которые помогают произвести и доставить электрическую энергию всем потребителям. В наши дома поступает переменный электрический ток. Переменный ток – это электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и по направлению. Сегодня мы найдем ответ на вопросы: какие устройства производят переменный электрический ток и как он попадает к нам в дома? Промышленное получение электрического переменного тока сосредоточено на электростанциях. Различают гидравлические, тепловые, атомные, и другие станции. В гидроэлектростанциях (ГЭС) механическая энергия воды преобразуется в гидрогенераторе в электроэнергию переменного тока. Принцип их действия основан на принципе электромагнитной индукции. На тепловых станциях энергия сгораемого топлива преобразуется в энергию электрического тока с помощью турбогенераторов. На атомных станциях энергия расщепления урана в реакторе в превращается в электроэнергию.
Простейший генератор мы уже рассматривали ранее, когда вращали замкнутый контур в подковообразном магните. Для получения энергии в промышленном масштабе используют генераторы переменного тока, принцип устройства которого мы сейчас рассмотрим.
Промышленный генератор состоит из следующих основных элементов: неподвижной части, ее называют статором и подвижной – ротором. Ротор промышленного генератора представляет собой электромагнит. Он создает магнитное поле, которое индуцирует переменный ток в медных контурах, которые располагаются в статоре. Вращение ротора на тепловых электростанциях вызвано мощным паровым потоком, на гидроэлектростанциях – потоками воды. Приборы потребителей в определенных странах рассчитаны на конкретную частоту переменного тока. Например, в России и странах СНГ она равна 50 Герц (Гц), то есть за одну секунду переменный ток совершает 50 колебательных движений, а США частота переменного тока 60 Герц (Гц). Это движение удобно рассмотреть на графике зависимости силы переменного тока от времени. Переменный ток сначала возрастает, при этом течет в одном направлении, затем убывает до нуля и начинает двигаться в противоположном направлении, достигает максимума, и снова убывает до нуля, такой процесс повторяется 50 раз (в России) или 60 раз (В США) за одну секунду. Чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителям используют линии электропередач (ЛЭП). Во время прохождения тока по проводам происходит частичная потеря энергии за счет нагревания проводов, согласно закону Джоуля-Ленца. Для того, чтобы уменьшить потери, уменьшают силу тока, но для сохранения прежней мощности необходимо увеличить напряжение. Электростанции вырабатывают ток невысокого напряжения, поэтому с помощью специального устройства – трансформатора, его повышают, передают по проводам, и только вблизи потребителя опять же с помощью трансформатора его понижают до нужного напряжения, привычного нам в 220 Вольт.
Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия трансформатора. Это устройство было изобретено русским ученым изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым. Оно состоит из двух катушек, охватываемых общим магнитным потоком. В зависимости от числа витков на катушках будут различать трансформаторы повышающие и понижающие. Если число витков на первичной обмотке N1 меньше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий. Если число витков на первичной обмотке N1 больше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий.
Рассмотрим полную схему передачи электроэнергии. Напряжение, которое вырабатывает генератор на электростанции, подается на повышающую трансформаторную подстанцию, так как, как уже говорилось ранее, для передачи электроэнергии на большие расстояния требуется большее напряжение – несколько сотен киловольт, а генератор вырабатывает напряжение, которое обычно не превышает 25 кВ. Далее напряжение передается в линии электропередачи. Так как на предприятиях и жилых домах используется напряжение до 380 или 220 В, то в конце линии его поочередно подают на несколько понижающих трансформаторов. Трансформаторы используются и в быту: в подзарядке мобильных телефонов, в телевизорах.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
- Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
- Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
- Повысим успеваемость по школьным предметам
- Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Получение переменного электрического тока. Трансформатор
Будьте внимательны! У Вас есть 10 минут на прохождение теста. Система оценивания — 5 балльная. Разбалловка теста — 3,4,5 баллов, в зависимости от сложности вопроса. Порядок заданий и вариантов ответов в тесте случайный. С допущенными ошибками и верными ответами можно будет ознакомиться после прохождения теста. Удачи!
Система оценки: 5 балльная
Список вопросов теста
Вопрос 1
Устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.
Варианты ответов
- трансформатор
- генератор
- лампочка
- свеча Яблочкова
Вопрос 2
Где происходит промышленное получение переменного тока?
Варианты ответов
- На фабриках
- На заводах
- На электростанциях
- В квартирах
Вопрос 3
Какое явление лежит в основе действия генератора переменного тока?
Вопрос 4
Как называется неподвижная часть генератора?
Варианты ответов
- Ротор
- Статор
- Сердечник
- Обмотка
Вопрос 5
Вставьте пропущенное число. Стандартная частота переменного тока в России равна . Гц.
Вопрос 6
Определите период переменного тока в России. Ответ дайте без единиц измерения, только число.
Вопрос 7
Повышающий трансформатор на электростанциях используется для
Варианты ответов
- увеличения силы тока в ЛЭП
- увеличения частоты передаваемого напряжения
- уменьшения силы тока в ЛЭП
- Трансформатор вообще не используется на электростанциях
- увеличения напряжения в ЛЭП
Вопрос 8
Напряжения на концах первичной и вторичной обмоток ненагруженного трансформатора равны U1 = 220 В и U2 = 20 В. Каково отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной?
Вопрос 9
Число витков в первичной обмотке трансформатора в 4 раза меньше числа витков во вторичной обмотке трансформатора. На первичную обмотку подали напряжение U. Чему равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора?
Тест. Получение переменного электрического тока. Трансформатор
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Будьте внимательны! У Вас есть 10 минут на прохождение теста. Система оценивания — 5 балльная. Разбалловка теста — 1 и 2 балла, в зависимости от сложности вопроса. Порядок заданий и вариантов ответов в тесте случайный. С допущенными ошибками и верными ответами можно будет ознакомиться после прохождения теста. Удачи!
Система оценки: 5* балльная
Список вопросов теста
Вопрос 1
Устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.
Варианты ответов
- трансформатор
- генератор
- лампочка
- свеча Яблочкова
Вопрос 2
Где происходит промышленное получение переменного тока?
Варианты ответов
- На фабриках
- На заводах
- На электростанциях
- В квартирах
Вопрос 3
Какое явление лежит в основе действия генератора переменного тока?
Вопрос 4
Как называется неподвижная часть генератора?
Варианты ответов
- Ротор
- Статор
- Сердечник
- Обмотка
Вопрос 5
Стандартная частота переменного тока в России равна
Вопрос 6
Определите период переменного тока в России.
Вопрос 7
Повышающий трансформатор на электростанциях используется для
Варианты ответов
- увеличения силы тока в ЛЭП
- увеличения частоты передаваемого напряжения
- уменьшения силы тока в ЛЭП
- Трансформатор вообще не используется на электростанциях
- увеличения напряжения в ЛЭП
Вопрос 8
Напряжения на концах первичной и вторичной обмоток ненагруженного трансформатора равны U1 = 220 В и U2 = 20 В. Каково отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной?
Вопрос 9
Число витков в первичной обмотке трансформатора в 4 раза меньше числа витков во вторичной обмотке трансформатора. На первичную обмотку подали напряжение U. Чему равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора?