Электричество и электрическая железная дорога. Конспект лекций по физике, страница 26

То же самое соотношение можно получить, если напряжения, равные ЭДС взаимной индукции вторичной катушки и ЭДС самоиндукции  первичной катушки, выразить через скорость изменения одинакового магнитного потока:  и    и найти отношение напряжений 10.5.

При включении нагрузки появляется ток во вторичной цепи. По правилу Ленца магнитный поток должен бы ослабнуть, но одновременно уменьшается ЭДС самоиндукции первичной катушки, сила тока от генератора возрастает и восстанавливается почти прежнее значение потока магнитной индукции и напряжений на выводах катушек. Трансформаторы, особенно большой мощности, обладают высоким КПД. Мощность, передаваемая по магнитопроводу от первичной ко вторичной катушке, почти неизменна. Тогда . Откуда отношение сил тока в катушках обратно пропорционально числам витков:

.                                                     10.6

Если трансформатор понижающий, то вторичная катушка имеет меньшее число витков и намотана проводом большего сечения, так как по ней текут токи большей силы, чем по первичной катушке.

5. Если массивное проводящее тело находится и около катушки с переменным электрическим током, то в нём возникают индукционные токи. Эти токи называются вихревыми. Глубина проникновения вихревых токов в металл сравнительно невелика и тем меньше, чем меньше удельное сопротивление металла.  Вихревые токи приводят к нагреву металла. Для магнитопроводов трансформаторов, якорей электрических двигателей это нежелательное явление. Наоборот, в индукционных плавильных или закалочных печах нагрев является полезным. Тем более, что для закалки детали нужно нагревать поверхностный слой металла.

6. В промышленности и быту используется преимущественно переменное напряжение. Причиной этого является возможность с помощью трансформаторов преобразовывать переменное напряжение просто и без больших потерь. На электростанциях генераторы, приводимые во вращение турбинами, превращают механическую энергию в электрическую со сравнительно небольшим напряжением 380 В.  С помощью повышающих трансформаторов его поднимают в сотни и более раз, до 500 кВ.  Это необходимо для передачи энергии на большие расстояния, потому что с увеличением напряжения при передаче по проводам той же мощности можно уменьшить силу тока: .  Значит можно уменьшить сечение проводов.

На электрической железной дороге трансформаторы используются на тяговых подстанциях для понижения высокого напряжения ЛЭП от электростанций до напряжения 3.3 кВ (рис. 10.3). Пониженное напряжение подается на блоки полупроводниковых выпрямителей для получения постоянного тока. Затем пульсирующий постоянный ток подается  на электрические фильтры из катушек индуктивности и конденсаторов для сглаживания пульсаций.

Для защиты от удара молний устанавливаются громоотводы и искровые разрядники. В момент попадания молнии в провода линии электропередачи между остриями разрядника возникает электрическая дуга, и огромный ток молнии замыкается на землю.

При работе трансформатора выделяется теплота на активном сопротивлении катушек и за счет потерь на гистерезис при перемагничивании железа магнитопровода. Для охлаждения трансформатор помещают в бак с маслом. Нагретое масло вследствие конвекции циркулирует по радиатору из труб и охлаждается.

На электровозах переменного тока напряжение контактной сети 25 кВ подается на трансформатор электровоза. Первичная обмотка трансформатора имеет несколько выводов. По мере разгона поезда на электродвигатели подается постепенно повышающее напряжение переключением обмоток. В этом случае отпадает необходимость в пусковом реостате. Если на электровозе установлены двигатели постоянного тока, то напряжение сначала выпрямляется, сглаживается.

Контрольные вопросы

1. Каким образом можно, не разбирая трансформатора, определить число витков катушек трансформатора?

2. Почему сердечник трансформатора набирают из тонких железных пластинок? Как они расположены по отношению к силовым линиям магнитного поля?

3. Как можно визуально отличить первичную обмотку от вторичной обмотки понижающего трансформатора?