Otwórz aplikację

Przedmioty

Transformator w Sieciach Energetycznych - Elektromagnetyzm

Otwórz

13

0

V

Victoria Dudek

30.05.2024

Fizyka

Transformator, sieci energetyczne

Transformator w Sieciach Energetycznych - Elektromagnetyzm

Transformatory to kluczowe urządzenia w świecie elektryczności, które umożliwiają zmianę napięcia prądu przemiennego. Odgrywają one fundamentalną rolę w systemach przesyłu energii elektrycznej, pozwalając na bezpieczne i efektywne dostarczanie prądu na duże odległości. Ich zasada działania opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, gdzie zmieniające się pole magnetyczne w jednym uzwojeniu indukuje napięcie w drugim. Zrozumienie budowy i działania transformatorów jest niezbędne dla każdego, kto interesuje się energetyką i elektroniką. Dzięki nim możemy korzystać z urządzeń elektrycznych wymagających różnych napięć, podłączając je do tego samego źródła energii.

...

30.05.2024

1332

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zobacz

Budowa i zasada działania transformatora

Transformator to urządzenie, które służy do zmiany wartości napięcia prądu przemiennego. Jego główne elementy to:

  • Dwie lub więcej zwojnic uzwojenˊuzwojeń umieszczonych na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym
  • Uzwojenie pierwotne - podłączane do źródła napięcia
  • Uzwojenie wtórne - podłączane do odbiornika prądu

Jak działa transformator?

Gdy do uzwojenia pierwotnego podłączymy źródło napięcia przemiennego, przepływający prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne w rdzeniu. To pole indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym.

Kluczowa koncepcja: Transformator może podwyższać napięcie gdyuzwojeniewtoˊrnemawięcejzwojoˊwniz˙pierwotnegdy uzwojenie wtórne ma więcej zwojów niż pierwotne lub obniżać napięcie gdyuzwojeniewtoˊrnemamniejzwojoˊwgdy uzwojenie wtórne ma mniej zwojów.

Zależności matematyczne w transformatorze

Stosunek napięć jest proporcjonalny do stosunku liczby zwojów:

U1U2=N1N2\frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2}

Przy założeniu braku strat energii, moc na obu uzwojeniach jest równa:

P1=P2P_1 = P_2 U1I1=U2I2U_1 \cdot I_1 = U_2 \cdot I_2

Z tego wynika zależność między natężeniami prądów:

I2I1=U1U2=n1n2\frac{I_2}{I_1} = \frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2}

Zastosowanie transformatorów

  • Linie wysokiego napięcia - transformatory podwyższają napięcie, aby zmniejszyć straty energii podczas przesyłania na duże odległości
  • Obniżanie napięcia do wartości użytkowych np.230Vnp. 230V w gospodarstwach domowych

Warto wiedzieć: W rzeczywistych transformatorach występują straty energii spowodowane ciepłem Joule'a, prądami wirowymi i procesem przemagnesowywania rdzenia. Sprawność transformatora ηη to stosunek mocy wydzielonej na uzwojeniu wtórnym do mocy dostarczonej do uzwojenia pierwotnego.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zobacz

Zadania z transformatorami

Zadanie 1: Obliczanie liczby zwojów

Problem: Transformator obniża napięcie z 230 V do 24 V. Uzwojenie wtórne tego transformatora ma 240 zwojów. Ile zwojów ma uzwojenie pierwotne?

Rozwiązanie:

  • Korzystamy ze wzoru: U2U1=n2n1\frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1}
  • Dane: U1=230VU_1 = 230V, U2=24VU_2 = 24V, n2=240n_2 = 240, n1=xn_1 = x
  • 24230=240x\frac{24}{230} = \frac{240}{x}
  • 24x=5520024x = 55200
  • x=2300x = 2300

Ważna uwaga: Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego wynosi 2300.

Zadanie 2: Transformator z prądem stałym

Problem: Do uzwojenia pierwotnego transformatora mającego 20 razy więcej zwojów na uzwojeniu wtórnym podłączono baterię o napięciu 4,5 V. Jakie będzie napięcie na uzwojeniu wtórnym?

Rozwiązanie:

  • Bateria jest źródłem prądu stałego
  • Transformator działa tylko z prądem przemiennym
  • Napięcie na uzwojeniu wtórnym będzie wynosiło 0 V

Kluczowa zasada: Transformatory działają wyłącznie z prądem przemiennym, ponieważ ich działanie opiera się na zmieniającym się polu magnetycznym.

Zadanie 3: Zwojnice obok siebie

Problem dotyczący dwóch zwojnic umieszczonych obok siebie, gdzie napięcie na zwojnicy n₂ było mniejsze niż obliczone ze wzoru.

Wyjaśnienie: Wzór U1U2=N1N2\frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2} dotyczy tylko transformatorów z rdzeniem ferromagnetycznym, gdzie pole magnetyczne jest w pełni wykorzystywane.

Zadanie 4: Zmiana odbiornika i wpływ na natężenie prądu

Problem: Czy zmiana odbiornika na uzwojeniu wtórnym wpłynie na natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym?

Odpowiedź: Tak, ponieważ przy stałym napięciu zmiana odbiornika spowoduje zmianę mocy, co pociągnie za sobą również zmianę natężenia prądu w uzwojeniu pierwotnym.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zobacz

Zadania z energią elektryczną i napięciem przemiennym

Zadanie 5: Przesył energii elektrycznej

Problem: Elektrownia przesyła w ciągu doby 2,5 GWh energii elektrycznej za pomocą sieci o napięciu 110 kV. Jakie jest średnie dobowe natężenie prądu elektrycznego w tej sieci?

Rozwiązanie:

  • Dane: ϵ=2,5 GWh=2,5109 Wh\epsilon = 2,5 \text{ GWh} = 2,5 \cdot 10^9 \text{ Wh} t=24 ht = 24 \text{ h} U=110 kV=1,1105 VU = 110 \text{ kV} = 1,1 \cdot 10^5 \text{ V}
  • Moc: P=ϵtP = \frac{\epsilon}{t}
  • Moc a natężenie: P=UIP = U \cdot I
  • Stąd: I=ϵUt=2,5109 Wh1,1105 V24 h=950 AI = \frac{\epsilon}{U \cdot t} = \frac{2,5 \cdot 10^9 \text{ Wh}}{1,1 \cdot 10^5 \text{ V} \cdot 24 \text{ h}} = 950 \text{ A}

Ciekawostka: Przesyłanie energii przy wysokim napięciu zmniejsza straty energii, gdyż natężenie prądu jest mniejsze, a straty zależą od kwadratu natężenia prawoJouleaprawo Joule'a.

Zadanie 11.40: Analiza wykresu napięcia przemiennego

Problem dotyczy wykresu przedstawiającego zależność napięcia w domowej sieci elektrycznej od czasu.

a) Obliczenie częstotliwości zmian napięcia:

  • Z wykresu: okres T=0,02T = 0,02 s
  • Częstotliwość: f=1T=10,02=50 Hzf = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,02} = 50 \text{ Hz}

Kluczowe pojęcie: Częstotliwość prądu przemiennego w polskiej sieci elektrycznej wynosi 50 Hz, co oznacza, że napięcie zmienia znak 100 razy na sekundę.

b) Znaczenie dodatnich i ujemnych wartości napięcia:

  • Gdy napięcie przyjmuje wartości ujemne, prąd płynie w przeciwnym kierunku
  • Oznacza to, że elektrony poruszają się w odbiorniku w przeciwnym kierunku niż przy napięciu dodatnim

c) Dlaczego mówimy o napięciu 230 V?

  • Wartość 230 V to napięcie skuteczne, które określa efektywność działania napięcia przemiennego
  • Napięcie skuteczne prądu przemiennego daje taki sam efekt cieplny jak prąd stały o takim napięciu
  • Napięcie maksymalne amplitudaamplituda jest większe i wynosi około 325 V $U_{max} = U_{sk} \cdot \sqrt{2}$
TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zobacz

Obliczenia dla transformatorów i napięcia przemiennego

Zadanie 11.41: Moc transformatora w zasilaczu komputerowym

Problem: Moc dostarczona do uzwojenia pierwotnego transformatora zasilacza komputerowego jest równa 400 W. Napięcie na uzwojeniach: pierwotne - 230 V, wtórne - 12 V. Jaka jest moc odbierana z uzwojenia wtórnego?

Rozwiązanie:

  • Dane: P1=400 WP_1 = 400 \text{ W}
  • Przy idealnym transformatorze: P2=P1=400 WP_2 = P_1 = 400 \text{ W}

Ważna zasada: Transformator nie ma wpływu na moc prądu, a jedynie zmienia napięcie i natężenie przy zachowaniu mocy.

Zadanie 12: Transformator w zasilaczu kolejki

Problem: Silnik elektryczny modelu kolejki pracuje pod napięciem 9 V. W domowej sieci elektrycznej jest napięcie 230 V. Uzwojenie wtórne transformatora w zasilaczu tej kolejki ma 90 zwojów. Oblicz liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego.

Rozwiązanie:

  • Dane: U1=230 VU_1 = 230 \text{ V}, U2=9 VU_2 = 9 \text{ V}, n2=90n_2 = 90, n1=xn_1 = x
  • Korzystamy ze wzoru: U2U1=n2n1\frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1}
  • 9230=90x\frac{9}{230} = \frac{90}{x}
  • 9x=207009x = 20700
  • x=2300x = 2300 zwojów

Zadanie 10.43: Analiza napięcia generowanego przez prądnicę

Problem dotyczy wykresu zależności napięcia generowanego przez prądnicę od czasu.

Rozwiązanie:

  • Z wykresu: T=0,0031 sT = 0,0031 \text{ s}, Umax=10 VU_{max} = 10 \text{ V}
  • Częstotliwość: f=1T=10,0031=323 Hzf = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,0031} = 323 \text{ Hz}
  • Napięcie skuteczne: Usk=Umax2=102=7,1 VU_{sk} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{10}{\sqrt{2}} = 7,1 \text{ V}

Przypomnienie: Napięcie skuteczne prądu sinusoidalnie zmiennego jest równe napięciu maksymalnemu podzielonemu przez pierwiastek z dwóch. Jest to wartość, którą najczęściej podaje się jako napięcie prądu przemiennego.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zobacz

Więcej zadań z transformatorami

Zadanie 11.44: Obliczanie liczby zwojów uzwojenia wtórnego

Problem: W uzwojeniu pierwotnym transformatora jest 690 zwojów. Ile zwojów ma uzwojenie wtórne, jeżeli transformator obniża napięcie z 230 V do 12 V?

Rozwiązanie:

  • Dane: N1=690N_1 = 690, U1=230 VU_1 = 230 \text{ V}, U2=12 VU_2 = 12 \text{ V}, N2=xN_2 = x
  • Korzystamy ze wzoru: N2N1=U2U1\frac{N_2}{N_1} = \frac{U_2}{U_1}
  • x690=12230\frac{x}{690} = \frac{12}{230}
  • 230x=8280230x = 8280
  • x=36x = 36 zwojów

Istotna obserwacja: Przy obniżaniu napięcia 19-krotnie z230Vdo12Vz 230V do 12V, liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym również musi być 19 razy mniejsza niż w uzwojeniu pierwotnym.

Zadanie 11.45: Transformator z baterią

Problem: Do transformatora mającego dwa razy więcej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w pierwotnym podłączono żarówkę. Do uzwojenia pierwotnego podłączono baterię o napięciu 4,5 V. Jakie jest napięcie na żarówce?

Odpowiedź: Napięcie na żarówce wynosi 0 V, ponieważ bateria jest źródłem prądu stałego, a transformator działa tylko z prądem przemiennym.

Zadanie 11.46: Analiza układu z transformatorem i żarówką

Problem dotyczy transformatora podłączonego do napięcia przemiennego 230 V, z 800 zwojami w uzwojeniu pierwotnym i 40 w uzwojeniu wtórnym, oraz żarówki o oporze 4 Ω.

Rozwiązanie:

a) Schemat układu tumoz˙nasobiewyobrazicˊschematztransformatoremiz˙aroˊwkątu można sobie wyobrazić schemat z transformatorem i żarówką

b) Obliczenie napięcia na uzwojeniu wtórnym:

  • U2U1=N2N1\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}
  • U2230=40800\frac{U_2}{230} = \frac{40}{800}
  • U2=11,5 VU_2 = 11,5 \text{ V}

c) Moc żarówki:

  • P2=U22R=11,524=33 WP_2 = \frac{U_2^2}{R} = \frac{11,5^2}{4} = 33 \text{ W}

d) Natężenie prądu:

  • W uzwojeniu wtórnym: I2=U2R=11,54=2,88 AI_2 = \frac{U_2}{R} = \frac{11,5}{4} = 2,88 \text{ A}
  • W uzwojeniu pierwotnym: I1=U2I2U1=11,52,88230=0,14 AI_1 = \frac{U_2 \cdot I_2}{U_1} = \frac{11,5 \cdot 2,88}{230} = 0,14 \text{ A}

Praktyczna zasada: Im wyższe napięcie, tym mniejsze natężenie prądu przy tej samej mocy. Dlatego w uzwojeniu pierwotnym 230V230V natężenie wynosi tylko 0,14A, podczas gdy w uzwojeniu wtórnym 11,5V11,5V jest to aż 2,88A.

Nie ma nic odpowiedniego? Sprawdź inne przedmioty.

Knowunity jest aplikacją edukacyjną #1 w pięciu krajach europejskich

Knowunity zostało wyróżnione przez Apple i widnieje się na szczycie listy w sklepie z aplikacjami w kategorii edukacja w takich krajach jak Polska, Niemcy, Włochy, Francje, Szwajcaria i Wielka Brytania. Dołącz do Knowunity już dziś i pomóż milionom uczniów na całym świecie.

Ranked #1 Education App

Pobierz z

Google Play

Pobierz z

App Store

Knowunity jest aplikacją edukacyjną #1 w pięciu krajach europejskich

4.9+

Średnia ocena aplikacji

21 M

Uczniowie korzystają z Knowunity

#1

W rankingach aplikacji edukacyjnych w 17 krajach

950 K+

Uczniowie, którzy przesłali notatki

Nadal nie jesteś pewien? Zobacz, co mówią inni uczniowie...

Użytkownik iOS

Tak bardzo kocham tę aplikację [...] Polecam Knowunity każdemu!!! Moje oceny poprawiły się dzięki tej aplikacji :D

Filip, użytkownik iOS

Aplikacja jest bardzo prosta i dobrze zaprojektowana. Do tej pory zawsze znajdowałam wszystko, czego szukałam :D

Zuzia, użytkownik iOS

Uwielbiam tę aplikację ❤️ właściwie używam jej za każdym razem, gdy się uczę.

 

Fizyka

1332

30 maj 2024

6 strony

Transformator w Sieciach Energetycznych - Elektromagnetyzm

V

Victoria Dudek

@vicaa00

Transformatory to kluczowe urządzenia w świecie elektryczności, które umożliwiają zmianę napięcia prądu przemiennego. Odgrywają one fundamentalną rolę w systemach przesyłu energii elektrycznej, pozwalając na bezpieczne i efektywne dostarczanie prądu na duże odległości. Ich zasada działania opiera się na zjawisku indukcji... Pokaż więcej

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Budowa i zasada działania transformatora

Transformator to urządzenie, które służy do zmiany wartości napięcia prądu przemiennego. Jego główne elementy to:

  • Dwie lub więcej zwojnic uzwojenˊuzwojeń umieszczonych na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym
  • Uzwojenie pierwotne - podłączane do źródła napięcia
  • Uzwojenie wtórne - podłączane do odbiornika prądu

Jak działa transformator?

Gdy do uzwojenia pierwotnego podłączymy źródło napięcia przemiennego, przepływający prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne w rdzeniu. To pole indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym.

Kluczowa koncepcja: Transformator może podwyższać napięcie gdyuzwojeniewtoˊrnemawięcejzwojoˊwniz˙pierwotnegdy uzwojenie wtórne ma więcej zwojów niż pierwotne lub obniżać napięcie gdyuzwojeniewtoˊrnemamniejzwojoˊwgdy uzwojenie wtórne ma mniej zwojów.

Zależności matematyczne w transformatorze

Stosunek napięć jest proporcjonalny do stosunku liczby zwojów:

U1U2=N1N2\frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2}

Przy założeniu braku strat energii, moc na obu uzwojeniach jest równa:

P1=P2P_1 = P_2 U1I1=U2I2U_1 \cdot I_1 = U_2 \cdot I_2

Z tego wynika zależność między natężeniami prądów:

I2I1=U1U2=n1n2\frac{I_2}{I_1} = \frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2}

Zastosowanie transformatorów

  • Linie wysokiego napięcia - transformatory podwyższają napięcie, aby zmniejszyć straty energii podczas przesyłania na duże odległości
  • Obniżanie napięcia do wartości użytkowych np.230Vnp. 230V w gospodarstwach domowych

Warto wiedzieć: W rzeczywistych transformatorach występują straty energii spowodowane ciepłem Joule'a, prądami wirowymi i procesem przemagnesowywania rdzenia. Sprawność transformatora ηη to stosunek mocy wydzielonej na uzwojeniu wtórnym do mocy dostarczonej do uzwojenia pierwotnego.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Zadania z transformatorami

Zadanie 1: Obliczanie liczby zwojów

Problem: Transformator obniża napięcie z 230 V do 24 V. Uzwojenie wtórne tego transformatora ma 240 zwojów. Ile zwojów ma uzwojenie pierwotne?

Rozwiązanie:

  • Korzystamy ze wzoru: U2U1=n2n1\frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1}
  • Dane: U1=230VU_1 = 230V, U2=24VU_2 = 24V, n2=240n_2 = 240, n1=xn_1 = x
  • 24230=240x\frac{24}{230} = \frac{240}{x}
  • 24x=5520024x = 55200
  • x=2300x = 2300

Ważna uwaga: Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego wynosi 2300.

Zadanie 2: Transformator z prądem stałym

Problem: Do uzwojenia pierwotnego transformatora mającego 20 razy więcej zwojów na uzwojeniu wtórnym podłączono baterię o napięciu 4,5 V. Jakie będzie napięcie na uzwojeniu wtórnym?

Rozwiązanie:

  • Bateria jest źródłem prądu stałego
  • Transformator działa tylko z prądem przemiennym
  • Napięcie na uzwojeniu wtórnym będzie wynosiło 0 V

Kluczowa zasada: Transformatory działają wyłącznie z prądem przemiennym, ponieważ ich działanie opiera się na zmieniającym się polu magnetycznym.

Zadanie 3: Zwojnice obok siebie

Problem dotyczący dwóch zwojnic umieszczonych obok siebie, gdzie napięcie na zwojnicy n₂ było mniejsze niż obliczone ze wzoru.

Wyjaśnienie: Wzór U1U2=N1N2\frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2} dotyczy tylko transformatorów z rdzeniem ferromagnetycznym, gdzie pole magnetyczne jest w pełni wykorzystywane.

Zadanie 4: Zmiana odbiornika i wpływ na natężenie prądu

Problem: Czy zmiana odbiornika na uzwojeniu wtórnym wpłynie na natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym?

Odpowiedź: Tak, ponieważ przy stałym napięciu zmiana odbiornika spowoduje zmianę mocy, co pociągnie za sobą również zmianę natężenia prądu w uzwojeniu pierwotnym.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Zadania z energią elektryczną i napięciem przemiennym

Zadanie 5: Przesył energii elektrycznej

Problem: Elektrownia przesyła w ciągu doby 2,5 GWh energii elektrycznej za pomocą sieci o napięciu 110 kV. Jakie jest średnie dobowe natężenie prądu elektrycznego w tej sieci?

Rozwiązanie:

  • Dane: ϵ=2,5 GWh=2,5109 Wh\epsilon = 2,5 \text{ GWh} = 2,5 \cdot 10^9 \text{ Wh} t=24 ht = 24 \text{ h} U=110 kV=1,1105 VU = 110 \text{ kV} = 1,1 \cdot 10^5 \text{ V}
  • Moc: P=ϵtP = \frac{\epsilon}{t}
  • Moc a natężenie: P=UIP = U \cdot I
  • Stąd: I=ϵUt=2,5109 Wh1,1105 V24 h=950 AI = \frac{\epsilon}{U \cdot t} = \frac{2,5 \cdot 10^9 \text{ Wh}}{1,1 \cdot 10^5 \text{ V} \cdot 24 \text{ h}} = 950 \text{ A}

Ciekawostka: Przesyłanie energii przy wysokim napięciu zmniejsza straty energii, gdyż natężenie prądu jest mniejsze, a straty zależą od kwadratu natężenia prawoJouleaprawo Joule'a.

Zadanie 11.40: Analiza wykresu napięcia przemiennego

Problem dotyczy wykresu przedstawiającego zależność napięcia w domowej sieci elektrycznej od czasu.

a) Obliczenie częstotliwości zmian napięcia:

  • Z wykresu: okres T=0,02T = 0,02 s
  • Częstotliwość: f=1T=10,02=50 Hzf = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,02} = 50 \text{ Hz}

Kluczowe pojęcie: Częstotliwość prądu przemiennego w polskiej sieci elektrycznej wynosi 50 Hz, co oznacza, że napięcie zmienia znak 100 razy na sekundę.

b) Znaczenie dodatnich i ujemnych wartości napięcia:

  • Gdy napięcie przyjmuje wartości ujemne, prąd płynie w przeciwnym kierunku
  • Oznacza to, że elektrony poruszają się w odbiorniku w przeciwnym kierunku niż przy napięciu dodatnim

c) Dlaczego mówimy o napięciu 230 V?

  • Wartość 230 V to napięcie skuteczne, które określa efektywność działania napięcia przemiennego
  • Napięcie skuteczne prądu przemiennego daje taki sam efekt cieplny jak prąd stały o takim napięciu
  • Napięcie maksymalne amplitudaamplituda jest większe i wynosi około 325 V $U_{max} = U_{sk} \cdot \sqrt{2}$
TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Obliczenia dla transformatorów i napięcia przemiennego

Zadanie 11.41: Moc transformatora w zasilaczu komputerowym

Problem: Moc dostarczona do uzwojenia pierwotnego transformatora zasilacza komputerowego jest równa 400 W. Napięcie na uzwojeniach: pierwotne - 230 V, wtórne - 12 V. Jaka jest moc odbierana z uzwojenia wtórnego?

Rozwiązanie:

  • Dane: P1=400 WP_1 = 400 \text{ W}
  • Przy idealnym transformatorze: P2=P1=400 WP_2 = P_1 = 400 \text{ W}

Ważna zasada: Transformator nie ma wpływu na moc prądu, a jedynie zmienia napięcie i natężenie przy zachowaniu mocy.

Zadanie 12: Transformator w zasilaczu kolejki

Problem: Silnik elektryczny modelu kolejki pracuje pod napięciem 9 V. W domowej sieci elektrycznej jest napięcie 230 V. Uzwojenie wtórne transformatora w zasilaczu tej kolejki ma 90 zwojów. Oblicz liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego.

Rozwiązanie:

  • Dane: U1=230 VU_1 = 230 \text{ V}, U2=9 VU_2 = 9 \text{ V}, n2=90n_2 = 90, n1=xn_1 = x
  • Korzystamy ze wzoru: U2U1=n2n1\frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1}
  • 9230=90x\frac{9}{230} = \frac{90}{x}
  • 9x=207009x = 20700
  • x=2300x = 2300 zwojów

Zadanie 10.43: Analiza napięcia generowanego przez prądnicę

Problem dotyczy wykresu zależności napięcia generowanego przez prądnicę od czasu.

Rozwiązanie:

  • Z wykresu: T=0,0031 sT = 0,0031 \text{ s}, Umax=10 VU_{max} = 10 \text{ V}
  • Częstotliwość: f=1T=10,0031=323 Hzf = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,0031} = 323 \text{ Hz}
  • Napięcie skuteczne: Usk=Umax2=102=7,1 VU_{sk} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{10}{\sqrt{2}} = 7,1 \text{ V}

Przypomnienie: Napięcie skuteczne prądu sinusoidalnie zmiennego jest równe napięciu maksymalnemu podzielonemu przez pierwiastek z dwóch. Jest to wartość, którą najczęściej podaje się jako napięcie prądu przemiennego.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Więcej zadań z transformatorami

Zadanie 11.44: Obliczanie liczby zwojów uzwojenia wtórnego

Problem: W uzwojeniu pierwotnym transformatora jest 690 zwojów. Ile zwojów ma uzwojenie wtórne, jeżeli transformator obniża napięcie z 230 V do 12 V?

Rozwiązanie:

  • Dane: N1=690N_1 = 690, U1=230 VU_1 = 230 \text{ V}, U2=12 VU_2 = 12 \text{ V}, N2=xN_2 = x
  • Korzystamy ze wzoru: N2N1=U2U1\frac{N_2}{N_1} = \frac{U_2}{U_1}
  • x690=12230\frac{x}{690} = \frac{12}{230}
  • 230x=8280230x = 8280
  • x=36x = 36 zwojów

Istotna obserwacja: Przy obniżaniu napięcia 19-krotnie z230Vdo12Vz 230V do 12V, liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym również musi być 19 razy mniejsza niż w uzwojeniu pierwotnym.

Zadanie 11.45: Transformator z baterią

Problem: Do transformatora mającego dwa razy więcej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w pierwotnym podłączono żarówkę. Do uzwojenia pierwotnego podłączono baterię o napięciu 4,5 V. Jakie jest napięcie na żarówce?

Odpowiedź: Napięcie na żarówce wynosi 0 V, ponieważ bateria jest źródłem prądu stałego, a transformator działa tylko z prądem przemiennym.

Zadanie 11.46: Analiza układu z transformatorem i żarówką

Problem dotyczy transformatora podłączonego do napięcia przemiennego 230 V, z 800 zwojami w uzwojeniu pierwotnym i 40 w uzwojeniu wtórnym, oraz żarówki o oporze 4 Ω.

Rozwiązanie:

a) Schemat układu tumoz˙nasobiewyobrazicˊschematztransformatoremiz˙aroˊwkątu można sobie wyobrazić schemat z transformatorem i żarówką

b) Obliczenie napięcia na uzwojeniu wtórnym:

  • U2U1=N2N1\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}
  • U2230=40800\frac{U_2}{230} = \frac{40}{800}
  • U2=11,5 VU_2 = 11,5 \text{ V}

c) Moc żarówki:

  • P2=U22R=11,524=33 WP_2 = \frac{U_2^2}{R} = \frac{11,5^2}{4} = 33 \text{ W}

d) Natężenie prądu:

  • W uzwojeniu wtórnym: I2=U2R=11,54=2,88 AI_2 = \frac{U_2}{R} = \frac{11,5}{4} = 2,88 \text{ A}
  • W uzwojeniu pierwotnym: I1=U2I2U1=11,52,88230=0,14 AI_1 = \frac{U_2 \cdot I_2}{U_1} = \frac{11,5 \cdot 2,88}{230} = 0,14 \text{ A}

Praktyczna zasada: Im wyższe napięcie, tym mniejsze natężenie prądu przy tej samej mocy. Dlatego w uzwojeniu pierwotnym 230V230V natężenie wynosi tylko 0,14A, podczas gdy w uzwojeniu wtórnym 11,5V11,5V jest to aż 2,88A.

TRANSFORMATOR, SIECI ENERGETYCZNE
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TRANSFORMAIORA
składa się z dwóch (lub więcej) zwojnic umieszczonych na
wspólnym

Zarejestruj się, aby zobaczyć notatkęTo nic nie kosztuje!

Dostęp do wszystkich materiałów

Popraw swoje oceny

Dołącz do milionów studentów

Rejestrując się akceptujesz Warunki korzystania z usługi i Politykę prywatności.

Zadania końcowe

Zadanie 11.47: Moc prądu przemiennego płynącego przez opornik

Problem: Do napięcia przemiennego nawykresiena wykresie podłączono opornik 12 Ω. Oblicz moc prądu elektrycznego płynącego przez opornik.

Rozwiązanie:

  • Z wykresu: Umax32 VU_{max} \approx 32 \text{ V}
  • Dla prądu przemiennego: P=Umax22RP = \frac{U_{max}^2}{2R}
  • P=322212=43 WP = \frac{32^2}{2 \cdot 12} = 43 \text{ W}

Ważna formuła: Moc w obwodzie prądu przemiennego można obliczyć ze wzoru P=UskIskP = U_{sk} \cdot I_{sk}, gdzie UskU_{sk} i IskI_{sk} to wartości skuteczne napięcia i natężenia prądu. Dla sinusoidalnego przebiegu Usk=Umax2U_{sk} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}}.

Wyjaśnienie:

  • Moc prądu elektrycznego: P=UskIskP = U_{sk} \cdot I_{sk}
  • Z prawa Ohma: Isk=UskRI_{sk} = \frac{U_{sk}}{R}
  • Stąd: P=Usk2R=Umax22RP = \frac{U_{sk}^2}{R} = \frac{U_{max}^2}{2R} ponieważ $U_{sk} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}}$

Zadanie 11.48: Dlaczego rdzeń jest konieczny w transformatorze?

Problem: Czy wystarczy postawić obok siebie dwie cewki bez rdzenia, aby mieć transformator?

Odpowiedź: Nie, sam rdzeń ferromagnetyczny jest niezbędny, ponieważ:

  • Rdzeń skupia linie pola magnetycznego, zapewniając efektywne przekazywanie energii między uzwojeniami
  • Bez rdzenia tylko niewielka część linii pola magnetycznego przenikałaby przez drugie uzwojenie
  • Transformator bez rdzenia miałby bardzo niską sprawność
  • Rdzeń zapewnia sprzężenie magnetyczne między uzwojeniami, które jest kluczowe dla działania transformatora

Podsumowanie: Rdzeń ferromagnetyczny ma kluczowe znaczenie w transformatorze, ponieważ koncentruje strumień magnetyczny i zapewnia jego efektywne przenoszenie z uzwojenia pierwotnego do wtórnego. Bez rdzenia, większość strumienia rozpraszałaby się w przestrzeni, czyniąc transformator praktycznie bezużytecznym.

Nie ma nic odpowiedniego? Sprawdź inne przedmioty.

Zobacz, co mówią o nas nasi użytkownicy. Pokochali nas — pokochasz też i Ty.

4.9/5

App Store

4.8/5

Google Play

Aplikacja jest bardzo prosta i dobrze przemyślana. Do tej pory znalazłem wszystko, czego szukałem i mogłem się wiele nauczyć z innych notatek! Na pewno wykorzystam aplikację do pomocy przy robieniu prac domowych! No i oczywiście bardzo pomaga też jako inspiracja do robienia swoich notatek.

Stefan S

użytkownik iOS

Ta aplikacja jest naprawdę świetna. Jest tak wiele notatek i pomocnych informacji [...]. Moim problematycznym przedmiotem jest język niemiecki, a w aplikacji jest w czym wybierać. Dzięki tej aplikacji poprawiłam swój niemiecki. Polecam ją każdemu.

Samantha Klich

użytkownik Androida

Wow, jestem w szoku. Właśnie wypróbowałam aplikację, ponieważ widziałam ją kilka razy reklamowaną na TikToku jestem absolutnie w szoku. Ta aplikacja jest POMOCĄ, której potrzebujesz w szkole i przede wszystkim oferuje tak wiele rzeczy jak notatki czy streszczenia, które są BARDZO pomocne w moim przypadku.

Anna

użytkownik iOS

Kocham tę aplikację! Pomaga mi w zadaniach domowych, motywuje mnie i polepsza mi dzień. Dzięki tej aplikacji moje oceny się poprawiły. Lepszej aplikacji nie znajdę!🩷

Patrycja

użytkowniczka iOS

Super aplikacja! Ma odpowiedzi na wszystkie zadania. Testuję ją od paru miesięcy i jest po prostu perfekcyjna.

Szymon

użytkownik Android

Super aplikacja do nauki i sprawdzania wiedzy. Można znaleźć notatki z WSZYSTKICH przedmiotów. Polecam tym, którzy celują w oceny 5 i 6 😄​

Szymon

użytkownik iOS

Aplikacja jest po prostu świetna! Wystarczy, że wpiszę w pasku wyszukiwania swój temat i od razu mam wyniki. Nie muszę oglądać 10 filmów na YouTube, żeby coś zrozumieć, więc oszczędzam swój czas. Po prostu polecam!

Kuba T

użytkownik Androida

W szkole byłem bardzo kiepski z matematyki, ale dzięki tej aplikacji radzę sobie teraz lepiej. Jestem bardzo wdzięczny, że ją stworzyliście.

Kriss

użytkownik Androida

Korzystam z Knowunity od ponad roku i jest mega! Najlepsze opcje z tej apki: ⭐️ Gotowe notatki ⭐️ Spersonalizowane treści ⭐️ Dostęp do chatu GPT W WERSJI SZKOLNEJ ⭐️ Konwersacje z innymi uczniami 🤍 NAUKA WRESZCIE NIE JEST NUDNA 🤍

Gosia

użytkowniczka Android

Bardzo lubię aplikację Knowunity, ponieważ pomaga mi w nauce. Odkąd ją mam moje oceny się poprawiają :)

Sara

użytkowniczka iOS

Aplikacja jest niezawodna! Polecam 👍💙

Krzysztof

użytkownik Android

Bardzo fajna aplikacja. Pomaga przygotować się do sprawdzianu, kartkówki lub odpowiedzi ustnej.

Oliwia

użytkowniczka iOS

Aplikacja jest bardzo prosta i dobrze przemyślana. Do tej pory znalazłem wszystko, czego szukałem i mogłem się wiele nauczyć z innych notatek! Na pewno wykorzystam aplikację do pomocy przy robieniu prac domowych! No i oczywiście bardzo pomaga też jako inspiracja do robienia swoich notatek.

Stefan S

użytkownik iOS

Ta aplikacja jest naprawdę świetna. Jest tak wiele notatek i pomocnych informacji [...]. Moim problematycznym przedmiotem jest język niemiecki, a w aplikacji jest w czym wybierać. Dzięki tej aplikacji poprawiłam swój niemiecki. Polecam ją każdemu.

Samantha Klich

użytkownik Androida

Wow, jestem w szoku. Właśnie wypróbowałam aplikację, ponieważ widziałam ją kilka razy reklamowaną na TikToku jestem absolutnie w szoku. Ta aplikacja jest POMOCĄ, której potrzebujesz w szkole i przede wszystkim oferuje tak wiele rzeczy jak notatki czy streszczenia, które są BARDZO pomocne w moim przypadku.

Anna

użytkownik iOS

Kocham tę aplikację! Pomaga mi w zadaniach domowych, motywuje mnie i polepsza mi dzień. Dzięki tej aplikacji moje oceny się poprawiły. Lepszej aplikacji nie znajdę!🩷

Patrycja

użytkowniczka iOS

Super aplikacja! Ma odpowiedzi na wszystkie zadania. Testuję ją od paru miesięcy i jest po prostu perfekcyjna.

Szymon

użytkownik Android

Super aplikacja do nauki i sprawdzania wiedzy. Można znaleźć notatki z WSZYSTKICH przedmiotów. Polecam tym, którzy celują w oceny 5 i 6 😄​

Szymon

użytkownik iOS

Aplikacja jest po prostu świetna! Wystarczy, że wpiszę w pasku wyszukiwania swój temat i od razu mam wyniki. Nie muszę oglądać 10 filmów na YouTube, żeby coś zrozumieć, więc oszczędzam swój czas. Po prostu polecam!

Kuba T

użytkownik Androida

W szkole byłem bardzo kiepski z matematyki, ale dzięki tej aplikacji radzę sobie teraz lepiej. Jestem bardzo wdzięczny, że ją stworzyliście.

Kriss

użytkownik Androida

Korzystam z Knowunity od ponad roku i jest mega! Najlepsze opcje z tej apki: ⭐️ Gotowe notatki ⭐️ Spersonalizowane treści ⭐️ Dostęp do chatu GPT W WERSJI SZKOLNEJ ⭐️ Konwersacje z innymi uczniami 🤍 NAUKA WRESZCIE NIE JEST NUDNA 🤍

Gosia

użytkowniczka Android

Bardzo lubię aplikację Knowunity, ponieważ pomaga mi w nauce. Odkąd ją mam moje oceny się poprawiają :)

Sara

użytkowniczka iOS

Aplikacja jest niezawodna! Polecam 👍💙

Krzysztof

użytkownik Android

Bardzo fajna aplikacja. Pomaga przygotować się do sprawdzianu, kartkówki lub odpowiedzi ustnej.

Oliwia

użytkowniczka iOS