Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых. Трансформаторы для питания бытовых потребителей электроэнергией: виды, особенности, применение

Какие трансформаторы используются для электроснабжения жилых домов. Как работают понижающие трансформаторы в электрических сетях. Почему применяются именно такие типы трансформаторов для бытовых нужд. Какие преимущества дает использование трансформаторов в системах электроснабжения.

Виды трансформаторов для бытового электроснабжения

Для питания электроэнергией бытовых потребителей используются следующие основные виды трансформаторов:

• Силовые понижающие трансформаторы
• Распределительные трансформаторы
• Столбовые трансформаторы
• Комплектные трансформаторные подстанции

Рассмотрим особенности и назначение каждого из этих типов трансформаторов подробнее.

Силовые понижающие трансформаторы

Силовые понижающие трансформаторы — это основной тип трансформаторов, применяемых для электроснабжения жилых домов и других бытовых потребителей. Их основные характеристики:

• Мощность от 25 до 2500 кВА
• Понижают высокое напряжение 6-10 кВ до 400/230 В
• Устанавливаются на трансформаторных подстанциях
• Имеют масляное или сухое исполнение

Силовые трансформаторы обеспечивают преобразование электроэнергии с высокого напряжения распределительных сетей до стандартного напряжения 230 В, используемого в жилых домах.

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы применяются для распределения электроэнергии по потребителям в городских и сельских электрических сетях. Их особенности:

• Мощность от 25 до 2500 кВА
• Первичное напряжение 6, 10, 20 кВ
• Вторичное напряжение 400/230 В
• Устанавливаются в закрытых трансформаторных пунктах

Распределительные трансформаторы обеспечивают питание групп жилых домов, небольших предприятий и других объектов инфраструктуры.

Столбовые трансформаторы

Столбовые трансформаторы используются для электроснабжения индивидуальных жилых домов и небольших поселков. Их ключевые характеристики:

• Мощность от 16 до 250 кВА
• Монтируются на опорах ЛЭП
• Понижают напряжение с 6-10 кВ до 400/230 В
• Имеют герметичное исполнение

Столбовые трансформаторы позволяют организовать локальное электроснабжение в сельской местности без строительства отдельных подстанций.

Комплектные трансформаторные подстанции

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) представляют собой готовые модули, включающие:

• Силовой трансформатор
• Распределительное устройство высокого напряжения
• Распределительное устройство низкого напряжения
• Шкаф собственных нужд

КТП применяются для быстрой организации электроснабжения новых жилых микрорайонов, коттеджных поселков и других объектов.

Почему для бытового электроснабжения используются понижающие трансформаторы?

Применение понижающих трансформаторов в системах электроснабжения жилых домов обусловлено следующими причинами:

• Необходимость преобразования высокого напряжения ЛЭП в стандартное бытовое напряжение 230 В
• Снижение потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния
• Обеспечение электробезопасности в жилых помещениях
• Возможность питания большого количества потребителей от одного трансформатора

Особенности конструкции бытовых трансформаторов

Трансформаторы для питания бытовых потребителей имеют ряд конструктивных особенностей:

• Герметичное исполнение для защиты от внешних воздействий
• Масляное охлаждение для эффективного отвода тепла
• Устройства регулирования напряжения под нагрузкой
• Защита от перегрузок и коротких замыканий
• Антивандальное исполнение наружных элементов

Эти особенности обеспечивают надежную и безопасную работу трансформаторов в городских и сельских электрических сетях.

Преимущества использования трансформаторов для бытового электроснабжения

Применение трансформаторов в системах электроснабжения жилых домов дает следующие преимущества:

• Возможность передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями
• Гальваническая развязка потребителей от высоковольтных линий
• Обеспечение стандартного напряжения 230 В для бытовых электроприборов
• Повышение надежности и качества электроснабжения
• Возможность резервирования питания потребителей

Требования к трансформаторам для бытового электроснабжения

К трансформаторам, используемым для питания бытовых потребителей, предъявляются следующие основные требования:

• Высокая надежность и длительный срок службы (не менее 25 лет)
• Минимальные потери холостого хода и короткого замыкания
• Стабильность выходного напряжения при колебаниях нагрузки
• Высокий КПД (не менее 97-98%)
• Пожаро- и взрывобезопасность
• Минимальный уровень шума и вибрации

Соответствие этим требованиям обеспечивает эффективное и безопасное электроснабжение жилых домов и других бытовых объектов.

Выбор мощности трансформатора для бытового электроснабжения

Правильный выбор мощности трансформатора очень важен для надежного электроснабжения бытовых потребителей. При выборе учитываются следующие факторы:

• Суммарная мощность подключаемых электроприборов
• Коэффициент одновременности работы оборудования
• Перспективы роста энергопотребления
• Климатические условия эксплуатации
• Категория надежности электроснабжения

Как правило, мощность трансформатора выбирается с 20-30% запасом от расчетной нагрузки для обеспечения надежной работы.

Техническое обслуживание трансформаторов в бытовых электросетях

Для обеспечения длительной и надежной работы трансформаторов в системах бытового электроснабжения необходимо проводить их регулярное техническое обслуживание, которое включает:

• Внешний осмотр и проверку отсутствия повреждений
• Контроль уровня и качества трансформаторного масла
• Проверку состояния контактных соединений
• Измерение сопротивления изоляции обмоток
• Проверку работы систем охлаждения и защиты

Своевременное и качественное обслуживание позволяет предотвратить аварийные ситуации и продлить срок службы трансформаторов.

Комплект контрольно-оценочных средств учебной дисциплины ОП. 02 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ программы подготовки квалифицированных рабочих, служащих по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)) | Учебно-методический материал по физике:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И  МОЛОДЕЖИ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ «СИМФЕРОПОЛЬСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Рассмотрено         на заседании        

предметной (методической) комиссии

_______________________________

протокол № ___ от ______________

Председатель ПМК

___________Новикова Т. А.     

УТВЕРЖДАЮ:

Зам.директора по УПР

____________В.Ф.Самонин

«___»___________2018 г.

Комплект контрольно-оценочных средств

учебной дисциплины

ОП. 02 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

программы подготовки квалифицированных рабочих, служащих  

  по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

Разработчик:   Малашевич Л. В.

г.Симферополь

2018 г.

---

СОДЕРЖАНИЕ КОС:

Общие положения
1. Результаты освоения учебной дисциплины
1.1. Уметь, знать.
2. Оценка освоения умений и знаний
2.1. Общие положения;
2.2. Типовые задания для текущего контроля успеваемости.
3. Контрольно-оценочные материалы для промежуточной аттестации по дисциплине
3.1. Общие положения;

3.2. Типовые задания для итогового контроля успеваемости;                        

3.3. Критерии оценки.

Список вопросов для обучающихся по учебной дисциплине.

Оборудование по учебной дисциплине.

Литература по учебной дисциплине.

Общие положения

Результатом освоения учебной дисциплины является готовность обучающегося к овладению знаний и умений, обусловленных общими и профессиональными компетенциями, формирующиеся в процессе освоения ППКРС в целом.

Формой промежуточной аттестации по учебной дисциплине ОП. 02 Основы электротехники по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)) является экзамен.

1. Результаты освоения учебной дисциплины:

1.1. Уметь/знать

В результате изучения учебной дисциплины ОП. 02 Основы электротехники по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)) обучающийся  должен:

уметь:

• читать структурные, монтажные и простые принципиальные электрические схемы;
• рассчитывать и измерять основные параметры простых электрических, магнитных и электронных цепей;
• использовать в работе электроизмерительные приборы;
• пускать и останавливать электродвигатели, установленные на эксплуатируемом оборудовании;

знать:

• единицы измерения силы тока, напряжения, мощности электрического тока, сопротивления проводников;
• методы расчета и измерения основных параметров простых электрических, магнитных и электронных цепей;
• свойства постоянного и переменного электрического тока;
• принципы последовательного и параллельного соединения проводников и источников тока;
• электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр), их устройство, принцип действия и правила включения в электрическую цепь;
• свойства магнитного поля;
• двигатели постоянного и переменного тока, их устройство и принцип действия;
• правила пуска, остановки электродвигателей, установленных на эксплуатируемом оборудовании;
• аппаратуру защиты электродвигателей;
• методы защиты от короткого замыкания;
• заземление, зануление.

2. Оценка освоения умений и знаний
2.1. Общие положения

Основной целью оценки теоретического курса учебной дисциплины                                     ОП. 02 Основы электротехники по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

  является оценка умений и знаний.

Оценка освоения умений и знаний учебной дисциплины осуществляется с использованием следующих форм и методов контроля:

Результаты обучения (освоенные умения, усвоенные знания)	Формы и методы контроля и оценки результатов обучения
1	2
уметь: читать структурные, монтажные и простые принципиальные электрические схемы; рассчитывать и измерять основные параметры простых электрических, магнитных и электронных цепей; использовать в работе электроизмерительные приборы; пускать и останавливать электродвигатели, установленные на эксплуатируемом оборудовании; знать: единицы измерения силы тока, напряжения, мощности электрического тока, сопротивления проводников; методы расчета и измерения основных параметров простых электрических, магнитных и электронных цепей; свойства постоянного и переменного электрического тока; принципы последовательного и параллельного соединения проводников и источников тока; электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр), их устройство, принцип действия и правила включения в электрическую цепь; свойства магнитного поля; двигатели постоянного и переменного тока, их устройство и принцип действия; правила пуска, остановки электродвигателей, установленных на эксплуатируемом оборудовании; аппаратуру защиты электродвигателей; методы защиты от короткого замыкания; заземление, зануление.	Наблюдение и экспертная оценка правильности измерения электрических величин. Экзамен. Наблюдение за выполнением лабораторных и практических работ и их  экспертная оценка. Экзамен. Текущий контроль: —       устный опрос, —       тестирование. -письменный опрос -самостоятельная работа. Технический диктант. Экзамен. Экспертная оценка выполненных индивидуальных самостоятельных работ:        — сообщений; —       рефератов, —       индивидуальных заданий. Технический диктант. Экзамен. Отчет по индивидуальному проекту                                 Отчет по презентации. Экзамен. Устный опрос. Тестовые задания. Практическое занятие. Экзамен. Защита самостоятельной работы Устный опрос. Тестовые задания. Экзамен. Защита самостоятельной работы. Практическое занятие. Устный опрос. Экзамен. Защита самостоятельной работы. Отчет по презентации, по индивидуальному проекту.

 

2.2. Типовые задания для текущего контроля успеваемости 

Задания для проведения входного контроля знаний

I вариант

1. Выберите определение параллельного соединения резисторов:

1.это такое соединение, при котором ток делится на несколько токов

2.это такое соединение, при котором ко всем резисторам приложено одно и то же напряжение

3.это такое соединение, при котором резисторы включены друг над другом

2. В чем заключается сущность явления электромагнитной индукции:

1.в возникновении магнитного поля под действием ЭДС

2.в образовании магнитного поля вокруг проводника с током

        3.в возникновении ЭДС в проводнике под действием магнитного поля

3. Выберите определение периода переменного тока:

 1.это промежуток времени между ближайшими минимальным и максимальным  значениями

2.это промежуток времени, за который ток совершает одно полное колебание

3.это промежуток времени между ближайшими минимальными значениями 4.это промежуток времени между двумя ближайшими максимальными значениями

4. При измерении  напряжения вольтметр включают в цепь

1.последовательно с приемниками тока

2.последовательно с источником тока

3.параллельно с приемником электрической энергии, на котором надо измерить напряжение

5. Единицей измерения силы тока является…

1.Ом            2. Ампер                3. Ватт       4. Вольт

6. Выберите  правильную формулировку закона Ома для участка электрической цепи

1.Сила тока на участке электрической цепи равна отношению ЭДС источника к сопротивлению участка

2.Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка

3.Сопротивление участка равно отношению напряжения к силе тока             4.Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сопротивлению участка

7. Ток называется постоянным, если

1.длина проводника со временем не меняется

2.сила тока со временем не меняется

3.в атомах вещества есть свободные электроны

8. Выберите определение конденсатора:

1.это устройство, состоящее из диэлектриков, разделенных проводником

2.это устройство для накопления энергии магнитного поля

3.это устройство с малым омическим сопротивлением

4.это устройство, состоящее из проводников, разделенных диэлектриком

9. Укажите схему последовательного соединения резисторов

            

                   1.                                              2.                             3.    

10. Укажите основные элементы электрической цепи:

1.Электрический ток, напряжение, сопротивление

2.Источник, потребитель и соединительные провода

3.Амперметр, вольтметр, ваттметр

Задания для проведения входного контроля знаний

II вариант

1. Какой ток называется переменным?

1.который изменяет свою величину и направление с течением времени

2.который изменяет свою величину с течением времени

3.который изменяет свое направление с течением времени

2. Как называется материал, у которого относительная магнитная проницаемость              >> 1:

1.Диамагнетик      2. Парамагнетик      3.Ферромагнетик    4.Проводник

3. Выберите определение частоты переменного тока:

1.это величина, показывающая, сколько раз ток меняет направление за  1 с

2.это величина, показывающая количество минимальных значений за 1с

3.это величина, показывающая количество максимальных значений за 1с

4.это величина, показывающая количество полных колебаний за 1 с

4. При измерении силы тока амперметр включают в цепь

1.параллельно с источником тока

2.параллельно с тем прибором, силу тока в котором измеряют

3.последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют

5. При последовательном соединении приемников электрической энергии сила тока в любых частях цепи

1.равна сумме токов отдельных участков цепи. I = I1 + I2

2.одинакова  I = I1 = I2

3.возрастает на каждом последующем участке I12

6. Если напряжение в сети равно 220 в, сопротивление лампы — 20 ом, тогда сила тока в цепи равна…

1. 4400А           2. 11 А             3. 0,09 А       4. 110А

7. От чего зависит сопротивление проводника?

1.От напряжения и длины проводника

2.От его геометрических размеров и рода материала

3.От силы тока, рода материала и площади поперечного сечения

8. Укажите схему параллельного соединения резисторов:

1.                                         2.                                            3.

                                          

9. Укажите, какая частота считается промышленной в РФ:

1.50 Гц                           2.60 Гц              3. 100 Гц            4. 40 Гц

10. Закон Ома для полной цепи выражается формулой

1.   I = U/R      2.   R=E*I          3. I = Е/R+r0

Ответы: 1 Вариант

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2	3	2	3	2	2	2	4	1	2
2 вариант
1	3	2	3	2	2	2	3	2	3

Тесты  из 10 вопросов и  2 вариантов.

Условия выполнения заданий.

1. Максимальное время выполнения задания: 25 мин.

2. Каждый правильный ответ  на вопросы тестов оценивается 1 балл.

Критерии выставления оценок:

        9-10 баллов – «отлично»

        7-8 баллов – «хорошо»

        5-6 баллов – «удовлетворительно»

        Менее 4 баллов – «неудовлетворительно»

Раздел 1. Теоретические основы электротехники

1.Электрические цепи постоянного и переменного тока

Технический диктант. Основные понятия постоянного тока

Формулировать  и продолжить определения, записать формулы:

1. Электрический ток- это ….
2. Сопротивление проводника — это …
3. Электрическая цепь – это …
4. Электрическая схема – это …
5. Мощность эл. тока – это …
6. Формула сопротивления проводника. Укажите: От чего зависит сопротивление проводника?
7. Формулировка и математическая запись закона Ома для участка цепи
8. Перечислите режимы работы электрической цепи
9. Короткое замыкание – это …
10. Номинальный режим работы — это …

Правильные ответы:

1. Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц
2. Сопротивление проводника – это противодействие атомов и молекул проводника прохождению электрического тока
3. Электрическая цепь – совокупность устройств по выработке, передаче и потреблению электроэнергии
4. Электрическая схема– это графическое отображение элементов электрической цепи с помощью условных обозначений, показывающее соединения между ними
5. Мощность электрического тока – это величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии
6. R=(ρ*l)/S  [Ом]  Сопротивление проводника зависит от длины проводника, его площади поперечного сечения и от рода материала
7. I=U/R       Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника
8. Номинальный, рабочий, режим короткого замыкания, режим холостого хода, режим согласованной нагрузки
9. Короткое замыкание – это режим электрической цепи, возникающий при соединении выводов источника
10. Номинальный режим работы – это режим, на который рассчитано устройство заводом-изготовителем

Условия выполнения заданий.

1. Место  выполнения заданий :  учебное занятие, кабинет 206.

2. Максимальное время выполнения задания: 20 мин.

3. За каждый правильный ответ начисляется 0,5 балла. Сумма – оценка  за технический диктант.

1. «Постоянный электрический ток».     Тест.                                            

1.Определить сопротивление лампы накаливания , если на ней написано  100 Вт и  220 В

а) 484 Ом       б).486 Ом       в) 684 Ом           г) 864 Ом                                      

2.Какой из проводов одинакового  диаметра и длины сильнее нагревается – медный или стальной при одной и той же силе тока ?

а) Медный   б) Стальной     в) Оба провода нагреваются одинаково                            г) Никакой из проводов не нагревается.                                        

3.Как изменится напряжение  на входных зажимах электрической цепи постоянного тока с активным элементом, если параллельно исходному включить ещё один элемент?

а) Не изменится                                       б) Уменьшится

в) Увеличится                                            г) Для ответа недостаточно данных

4.В электрической сети постоянного тока напряжение на зажимах источника электроэнергии 26 В. Напряжение на зажимах потребителя  25 В. Определить  потерю напряжения на зажимах в процентах.

а) 1 %             б) 2 %            в) 3 %                  г) 4 %

5.Электрическое сопротивление человеческого тела  3000 Ом. Какой ток проходит через него, если человек находится под напряжением 380 В?

а) 19 мА                      б) 13 мА     в) 20 мА                      г) 50 мА

6.Какой из проводов одинаковой длины из одного и того же материала, но разного диаметра, сильнее нагревается при одном и том же токе?

 а) Оба провода нагреваются одинаково;                                                    

 б) Сильнее нагревается провод с большим диаметром;

 в) Сильнее нагревается провод с меньшим диаметром;                                                      

 г) Проводники не нагреваются;

7.В каких проводах высокая механическая прочность совмещается с хорошей электропроводностью?

а) В стальных    б) В алюминиевых    в) В стальалюминиевых     г) В медных

8. Определить полное сопротивление цепи при параллельном соединении потребителей, сопротивление которых по 10 Ом?

а) 20 Ом             б) 5 Ом     в) 10 Ом             г) 0,2 Ом

9. Два источника имеют одинаковые ЭДС и токи, но разные внутренние сопротивления. Какой из источников имеет больший КПД ?

а) КПД источников равны.                                                    

б) Источник с меньшим внутренним сопротивлением.

в) Источник с  большим внутренним сопротивлением.                                                      

г) Внутреннее сопротивление не влияет на КПД.

10.В электрической  схеме два резистивных элемента соединены последовательно. Чему равно напряжение на входе при силе тока 0,1 А, если R1 = 100 Ом; R2  = 200 Ом?

а) 10 В          б) 300 В      в) 3 В            г)  30 В

11. Какое из приведенных свойств не соответствует параллельному  соединению ветвей?

а) Напряжение на всех ветвях схемы одинаковы.                                                      

б) Ток во всех ветвях одинаков.

в) Общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех ветвей схемы

г) Отношение токов обратно пропорционально отношению сопротивлений на ветвях схемы.

12. Какие приборы  способны измерить напряжение в электрической цепи?

а) Амперметры         б) Ваттметры     в) Вольтметры          г) Омметры

13. Какой способ соединения источников позволяет увеличить напряжение?

а) Последовательное соединение                  б) Параллельное соединение

в) Смешанное соединение                                 г) Никакой

14.Электрическое сопротивление человеческого тела 5000 Ом. Какой ток проходит через него, если человек находится под напряжением 100 В?

а) 50 А               б) 5 А        в) 0,02 А            г)  0,2 А

15. В электрическую цепь параллельно включены два резистора с сопротивлением   10 Ом и 150 Ом. Напряжение на входе 120 В. Определите ток до разветвления.

а) 40 А           б) 20А       в) 12 А             г)  6 А

16. Мощность двигателя постоянного тока 1,5 кВт. Полезная мощность, отдаваемая в нагрузку, 1,125 кВт. Определите КПД  двигателя.

а) 0,8             б) 0,75      в) 0,7              г)  0,85

17. Какое из приведенных средств не соответствует последовательному соединению ветвей при постоянном токе?

а) Ток во всех элементах цепи одинаков.                                                            

б) Напряжение на зажимах цепи равно сумме напряжений на всех его участков.

в) напряжение на всех элементах цепи одинаково и равно по величине входному напряжению.  

 г) Отношение напряжений на участках цепи равно отношению сопротивлений на этих участках цепи.

18. Какими приборами можно измерить силу тока в электрической цепи?

а) Амперметром            б) Вольтметром     в) Психрометром                                      г) Ваттметром

19.Что называется электрическим током?

а) Движение разряженных частиц.                                                              

б) Количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника за единицу времени.

в) Равноускоренное движение заряженных частиц.                                                              

г) Порядочное движение заряженных частиц.

20.Расшифруйте абривиатуру  ЭДС.

а) Электронно-динамическая система      б) Электрическая движущая система

в) Электродвижущая сила                          г)  Электронно действующая сила.

Варианты ответов:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
а	б	а	г	б	в	г	г	б	г	в	в	а	в	б	б	в	а	г	в

                                                                                                                           Технический диктант. Основные понятия переменного тока

Формулировать  и продолжить определения:

1. Переменный ток — это ….
2. Частота переменного тока — это …
3. Период переменного тока – это …
4. Мгновенное значение переменного тока – это …
5. Амплитудное значение переменного тока – это …
6. Действующее значение переменного тока – это …
7. Среднее значение переменного тока – это …
8. Угловая частота определяется …
9. Начальная фаза переменного тока определяет …
10. Сдвиг фаз …

Правильные ответы:

1. Переменный ток — это электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению

2. Частота переменного тока – это число колебаний переменного тока в     1 с.

3. Период переменного тока – это время, в течение которого переменный периодический ток совершает полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине 

4. Мгновенное значение переменного тока – это значение переменного тока в любой конкретный момент времени

5. Амплитудное значение переменного тока – это наибольшее из всех мгновенных значений переменного тока

6. Действующее значение переменного тока – это значение постоянного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе. 

7. Среднее значение переменного тока – это значение такого постоянного тока, который переносит такой же заряд электричества за тот же промежуток времени, что и переменный ток

8. Угловая частота определяется изменением величины угла поворота рамки в магнитном поле в течение одной секунды

9. Начальная фаза переменного тока определяет значение переменного тока в начальный момент  времени

10. Сдвиг фаз определяется разностью начальных фаз (как правило, тока и напряжения )

Условия выполнения заданий.

1. Место  выполнения заданий :  учебное занятие ,кабинет 206.

2. Максимальное время выполнения задания: 15 мин.

3. За каждый правильный ответ начисляется 0,5 балла. Сумма – оценка  за технический диктант.

Тема: «Трехфазные электрические цепи»

1.Чему равен ток в нулевом проводе в симметричной трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду?

 а) Номинальному току одной фазы                         б) Нулю

в) Сумме номинальных токов двух фаз      г) Сумме номинальных токов трёх фаз

2.Симметричная нагрузка соединена треугольником. При измерении фазного тока амперметр показал 10 А.  Чему будет равен ток в линейном проводе?

а) 10 А                   б) 17,3  А    в) 14,14  А                          г) 20 А

3.Почему обрыв нейтрального провода четырехпроходной системы является аварийным режимом?

а) На всех фазах приёмника энергии напряжение падает.

б) На всех фазах приёмника энергии напряжение возрастает.

в) Возникает короткое замыкание

г) На одних фазах приёмника энергии напряжение увеличивается, на других уменьшается.

4.Выбераите соотношение, которое соответствует фазным и линейным токам в трехфазной электрической цепи при соединении звездой.

а) л = ф              б) л = ф      в)  ф = л          г) ф = л                                                                 

5.Лампы накаливания с номинальным напряжением 220 В включают в трехфазную сеть с напряжением 220 В. Определить схему соединения ламп.    

а) Трехпроводной звездой.     б) Четырехпроводной звездой

в) Треугольником                    г) Шестипроводной звездой.

6.Каково соотношение между фазными и линейными напряжениями при соединении потребителей электроэнергии треугольником.

а) Ил = Иф             б) Ил =  * Ил         в)Иф =   * Ил          г) Ил  =  * Иф       

7. В трехфазной цепи линейное напряжение 220 В, линейный ток 2А, активная мощность 380 Вт. Найти коэффициент мощности.

а) cos  = 0.8              б) cos  = 0.6    в) cos  =  0.5             г) cos  = 0.4

8.В трехфазную сеть с линейным напряжением 380 В включают трехфазный двигатель, каждая из обмоток которого рассчитана на 220 В. Как следует соединить обмотки двигателя?

а) Треугольником       б) Звездой   в) Двигатель нельзя включать в эту  сеть      

г) Можно треугольником, можно звездой

9. Линейный ток равен 2,2 А .Рассчитать фазный ток, если симметричная нагрузка соединена звездой.

а) 2,2 А         б) 1,27 А     в) 3,8 А           г) 2,5 А

10.В симметричной трехфазной цепи линейный ток 2,2 А.Рассчитать фазный ток, если нагрузка соединена треугольником.

а) 2,2 А            б) 1,27 А     в) 3,8 А            г) 2,5 А

11.Угол  сдвига между тремя синусоидальными ЭДС, образующими трехфазную симметричную систему составляет:

а) 1500                б) 1200                 в) 2400                 г) 900

12.Может ли ток в нулевом проводе четырехпроводной цепи, соединенной звездой быть равным нулю?

а) Может                                                                          б) Не может

в) Всегда равен нулю                                                   г ) Никогда не равен нулю.

13.Нагрузка соединена по схеме четырехпроводной цепи. Будут ли меняться фазные напряжения на нагрузке при обрыве нулевого провода: 1) симметричной нагрузки                   2) несимметричной нагрузки?

а)  1) да   2) нет      б) 1) да  2) да       в) 1) нет  2) нет             г) 1) нет   2)да

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
б	б	б	а	в	а	а	в	а	в	б	а	г

Раздел 2.  Электротехнические устройства, измерительные приборы и техника измерения                                                                                                              

Тест. «Трансформаторы»

1.Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых потребителей?

а) измерительные          б) сварочные    в) силовые        г) автотрансформаторы

2.Изиерительный трансформатор тока имеет обмотки с числом витков            2 и 100. Определить его коэффициент трансформации.

а) 50                   б) 0,02      в) 98                 г) 102

3.Какой прибор нельзя подключить к измерительной обмотке трансформатора тока?

а) Амперметр    б) Вольтметр  в) Омметр         г) Токовые обмотки ваттметра

4. У силового однофазного трансформатора номинальное напряжение на входе 6000 В, на выходе 100 В. Определить коэффициент трансформации.

а) 60                б) 0,016     в) 6                    г) 600

5. При каких значениях коэффициента трансформации целесообразно применять автотрансформаторы

a) k > 1                  б) k > 2        в)  k ≤ 2            г) не имеет значения

6. почему сварочный трансформатор изготавливают  на сравнительно небольшое вторичное напряжение? Укажите неправильный ответ.

а) Для повышения величины сварочного тока при заданной мощности.                                                                         б) Для улучшения условий безопасности сварщика

в) Для получения крутопадающей внешней характеристики                                                                       г) Сварка происходит при низком напряжении.

7.Какой физический закон лежит в основе принципа действия трансформатора?

а) Закон Ома     б)  Закон Кирхгофа

в) Закон самоиндукции    г) Закон электромагнитной индукции

8. На какие режимы работы рассчитаны трансформаторы                                  1) напряжения ,                 2) тока?

а) 1) Холостой ход  2) Короткое замыкание  б)  1) Короткое замыкание                  2) Холостой ход;  в) оба на режим короткого замыкания   г ) Оба на режим холостого хода

9.Как повлияет на величину тока холостого хода уменьшение числа витков первичной обмотки однофазного трансформатора?

а) Сила тока увеличится                             б) Сила тока уменьшится

в) Сила тока не изменится                        г) Произойдет короткое замыкание

10. Определить коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, если его номинальные параметры составляют                 1 = 100 А ;  1 = 5 А?

а) k = 20     б)  k = 5   в) k = 0,05   г) Для решения недостаточно данных

11. В каком режиме работают измерительные трансформаторы тока (Т Т) и трансформаторы напряжения (ТН). Указать неправильный ответ:

а) Т Т в режиме короткого замыкания        б) ТН в режиме холостого хода

в) Т Т  в режиме холостого хода                  г) ТН в режиме короткого замыкания

12. К чему приводит обрыв вторичной цепи трансформатора тока?

а)  К короткому замыканию        б)  к режиму холостого хода

в) К повышению напряжения       г) К поломке трансформатора

13.В каких режимах может работать силовой трансформатор?

а)  В режиме холостого хода                     б) В нагрузочном режиме

в) В режиме короткого замыкания          г) Во всех перечисленных режимах

14.Какие трансформаторы позволяют плавно изменять напряжение на выходных зажимах?

а) Силовые трансформаторы      б)  Измерительные трансформаторы

в) Автотрансформаторы                г)  Сварочные трансформаторы

15.Какой режим работы трансформатора позволяет определить коэффициент трансформации?

а) Режим нагрузки        б)  Режим холостого хода

в) Режим короткого замыкания        г)  Ни один из перечисленных

16. Первичная обмотка  трансформатора содержит 600 витков, а коэффициент трансформации равен 20. Сколько витков во вторичной обмотке?

а) Силовые трансформаторы    б)  Измерительные трансформаторы

в) Автотрансформаторы      г)  Сварочные трансформаторы

17. Чем принципиально отличается автотрансформаторы от трансформатора?

а)  Малым коэффициентом трансформации                

б)  Возможностью изменения коэффициента трансформации  

в) Электрическим соединением первичной и вторичной цепей

г)  Мощностью

18. Какие устройства нельзя подключать к измерительному трансформатору напряжения?

а)  вольтметр       б)  амперметр   в) обмотку напряжения ваттметра                             г)  омметр.

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
в	б	а	а	б	в	г	а	а	а	в	б	б	в	а	а	б	б

                            Тема:      «Асинхронные машины»

1.Частота вращения магнитного поля асинхронного двигателя 1000 об/мин. Частота вращения ротора 950 об/мин. Определить скольжение.

а)  50             б) 0,5        в) 5                 г)  0,05

2.Какой из способов регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя самый экономичный?

а)  Частотное регулирование   б) Регулирование измерением числа пар полюсов

в) Реостатное регулирование     г) Ни один из выше перечисленных

3.С какой целью при пуске в цепь обмотки фазного ротора асинхронного двигателя  вводят дополнительное сопротивление?

а)  Для получения максимального начального пускового момента.  

б)  Для получения минимального начального пускового момента.

в)  Для уменьшения механических потерь и износа колец и щеток                                                                                  г) Для увеличения КПД двигателя

4.Определите частоту вращения магнитного поля статора асинхронного короткозамкнутого двигателя, если число пар полюсов равна 1, а частота тока 50 Гц.

а) 3000 об/мин         б) 1000 об/мин      в) 1500 об/мин          г)  500 об/мин

5.Как изменить направление вращения магнитного поля статора асинхронного трехфазного двигателя?

а) Достаточно изменить порядок чередования всех трёх фаз                                                                               б) Достаточно изменить порядок чередования двух фаз из трёх

в) Достаточно изменить порядок чередования одной фазы                                                                                  г) Это сделать не возможно

6.Какую максимальную частоту вращения имеет вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя при частоте переменного тока 50 Гц?

а) 1000 об/мин            б) 5000 об/мин    в) 3000 об/мин         г)  100 об/мин

7.Перегрузочная способность асинхронного двигателя определяется так:

а) Отношение пускового момента к номинальному  

б) Отношение максимального момента к номинальному  

в) Отношение пускового тока к номинальному току

г) Отношение номинального тока к пусковому

8.Чему равна механическая мощность в асинхронном двигателе при неподвижном роторе? (S=1)

а) P=0           б) P>0      в) P

9.Почему магнитопровод статора асинхронного двигателя набирают из изолированных листов электротехнической стали?

  а) Для уменьшения  потерь на перемагничивание  

б) Для уменьшения потерь на вихревые токи

в) Для увеличения сопротивления    г) Из конструкционных соображений                                                                  

10.При регулировании частоты вращения магнитного поля асинхронного двигателя были получены следующие величины: 1500; 1000; 750 об/мин. Каким способом осуществлялось регулирование частоты вращения?

а) Частотное регулирование.      б) Полюсное регулирование.

в) Реостатное регулирование      г) Ни одним из выше перечисленного

11.Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе?

а) Статор             б) Ротор    в) Якорь          г) Станина

12.Ротор четырехполюсного асинхронного двигателя, подключенный к сети трехфазного тока с частотой 50 Гц, вращается с частотой 1440 об/мин. Чему равно скольжение?

а) 0,56              б) 0,44      в) 1,3                г) 0,96

13.С какой целью асинхронный двигатель с фазным ротором снабжают контактными кольцами и щетками?

а)  Для соединения ротора с регулировочным реостатом                                                                         б) Для соединения статора с регулировочным реостатом

в) Для подключения двигателя к электрической сети                                                                          

г)Для соединения ротора со статором

14.Уберите несуществующий способ регулирования скорости вращения асинхронного двигателя.

 а) Частотное регулирование      б) Регулирование изменением числа пар    

      полюсов                                      

в) Регулирование скольжением      г) Реостатное регулирование

15.Трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1кВт включен в однофазную сеть. Какую полезную мощность на валу можно получить от этого двигателя?

а) Не более 200 Вт            б) Не более 700 Вт

в) Не менее 1 кВт              г) Не менее 3 кВт

16.Для преобразования какой энергии предназначены асинхронные двигатели?

а) Электрической энергии в механическую

 б) Механической энергии в электрическую

в) Электрической энергии в тепловую                                                                        

г) Механической энергии во внутреннюю

17. Перечислите режимы работы асинхронного электродвигателя

а) Режимы двигателя                                                 б) Режим генератора

в) Режим электромагнитного тормоза                       г) Все перечисленные

18.Как называется основная характеристика асинхронного двигателя?

а) Внешняя характеристика                                       б) Механическая характеристика

в) Регулировочная характеристика                          г) Скольжение

19. Как изменится частота вращения магнитного поля при увеличении пар полюсов асинхронного трехфазного двигателя?

а) Увеличится       б) Уменьшится     в) Останется прежней    

г) Число пар полюсов не влияет на частоту вращения

 20. определить скольжение трехфазного асинхронного двигателя, если известно, что частота вращения ротора отстает от частоты магнитного поля на 50 об/мн. Частота магнитного поля 1000 об/мин.

а) S=0,05       б) S=0,02    в) S=0,03                    г) S=0,01

21.Укажите основной недостаток асинхронного двигателя.

а) Сложность конструкции   в) Низкий КПД                                                                                                          

б) Зависимость частоты вращения от момента на валу

г) Отсутствие экономичных устройств для плавного регулирования частоты вращения ротора.

22.С какой целью при пуске в цепь обмотки фазного ротора асинхронного двигателя вводят дополнительное сопротивление?

а) Для уменьшения тока в обмотках     б) Для увеличения вращающего момента

в) Для увеличения скольжения    г) Для регулирования частоты вращения

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
г	б	а	а	б	в	б	а	б	в	б	б	а	в	в	а	г	б	б	а	г	г

                                     Тема:     «Синхронные машины»

1.Синхронизм синхронного генератора, работающего в энергосистеме невозможен, если:

а) Вращающий момент турбины больше амплитуды электромагнитного момента.                                                                        б) Вращающий момент турбины меньше амплитуды электромагнитного момента.

в) Эти моменты равны     г) Вопрос задан некорректно                                                                  

2.Каким образом, возможно, изменять в широких пределах коэффициент мощности синхронного двигателя?

а) Воздействуя на ток в обмотке статора двигателя                                                                      

б) Воздействуя на ток возбуждения двигателя

в) В обоих этих случаях   г) Это сделать невозможно

3.Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора, имеющего частоту тока 50 Гц, если ротор вращается с частотой 125 об/мин?

а) 24 пары            б) 12 пар    в) 48 пар                     г) 6 пар

4.С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора?

а) С той же скоростью, что и круговое магнитное поле токов статора                                                                       б) Со скоростью, большей скорости вращения поля токов статора

в) Со скоростью, меньшей скорости вращения поля токов статора                                                                       г) Скорость вращения ротора определяется заводом — изготовителем

5.С какой целью на роторе синхронного двигателя иногда размещают дополнительную короткозамкнутую обмотку?

а) Для увеличения вращающего момента                                                                    

б) Для уменьшения вращающего момента                                                                    

в) Для раскручивания ротора при запуске                                                                        

г) Для регулирования скорости вращения

6.У синхронного трехфазного двигателя нагрузка на валу уменьшилась в 3 раза. Изменится ли частота вращения ротора?

а)  Частота вращения ротора увеличилась в 3 раза                                                                  

б) Частота вращения ротора уменьшилась в 3 раза                                                                  

в) Частота вращения ротора не зависит от нагрузки на валу                                                                       г) Частота вращения ротора увеличилась

7. Синхронные компенсаторы, использующиеся для улучшения коэффициента мощности промышленных сетей, потребляют из сети

а) индуктивный ток    б) реактивный ток в) активный ток    г) емкостный ток

8.Каким должен быть зазор между ротором и статором синхронного генератора для обеспечения синусоидальной формы индуцируемой ЭДС?

а)  Увеличивающимся от середины к краям полюсного наконечника.                                                                      б)  Уменьшающимся от середины к краям полюсного наконечника.                                                                      

в) Строго одинаковым по всей окружности ротора г) Зазор должен быть 1- 1,5 мм                                                                  

9. С какой  частотой вращается магнитное поле обмоток статора синхронного генератора, если в его обмотках индуцируется ЭДС частотой 50Гц, а индуктор имеет четыре пары полюсов?

а) 3000 об/мин            б) 750 об/мин    в) 1500 об/мин             г) 200 об/мин

10. Синхронные двигатели относятся к двигателям:

а) с регулируемой частотой вращения                            

 б) с нерегулируемой частотой вращения                                                                  

в)  со ступенчатым регулированием частоты вращения

г) с плавным регулированием частоты вращения

11. К какому источнику электрической энергии подключается обмотка статора синхронного двигателя?

а) К источнику трёхфазного тока       б) К источнику однофазного тока

в) К источнику переменного тока       г)  К источнику постоянного тока

12. При работе  синхронной машины в режиме генератора электромагнитный момент является:

а) вращающим      б) тормозящими    в) нулевыми     г) основной характеристикой

13. В качестве, каких  устройств используются синхронные машины?

а)  Генераторы   б) Двигатели

в)  Синхронные компенсаторы   г) Всех перечисленных

14. Турбогенератор с числом пар полюсов p=1 и частотой вращения магнитного поля 3000 об/мин. Определить частоту тока.

а) 50 Гц                б) 500 Гц      в) 25 Гц           г) 5 Гц

15.Включения синхронного генератора в энергосистему производится:

а) В режиме холостого хода         б) В режиме нагрузки

в) В рабочем режиме  г) В режиме короткого замыкания

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
в	б	а	а	в	г	г	а	б	б	а	а	г	а	г

3. Контрольно-оценочные материалы для промежуточной аттестации по учебной дисциплине
3.1. Общие положения

Контрольно-оценочные материалы для промежуточной аттестации предназначены для контроля и оценки результатов освоения учебной дисциплины ОП. О2 Основы электротехники  по профессии                       15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

3.2. Типовые задания для итогового контроля успеваемости в форме экзамена (устно).  Экзамен проводится по билетам. Всего 25 билетов, в каждом билете два теоретических вопроса и одно практическое задание.

 Билет 1                                                                                                                                                                                                                                                                                              

1. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

2. Электрические станции и подстанции.

3. Задача. Проводники с сопротивлениями R1  = 2 Ом, R2  = 3 Ом, R3  = 5 Ом соединены по схеме, изображенной на рисунке. Найдите сопротивление этой цепи.

  Билет 2                                                                                                                                                                                                                                                                                               1. Сила тока. Напряжение. Сопротивление.

2. Действие тока на организм человека

3. Задача. Чему равно общее сопротивление участка, изображенного на рисунке, если R1  = 60 Ом, R2  = 12 Ом, R3  = 15 Ом, R4  = 3 Ом?

  Билет 3                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. Законы Ома в цепи переменного тока.

2. Значение электротехники в развитии современной промышленности.

3. Задача. Какое количество теплоты выделится в резисторе сопротивлением                     25 Ом при протекании по нему тока силой 1,2 А за 1,5 мин?

  Билет 4                                                                                                                                                                                                                                                                                           1. Законы Кирхгофа

2 Содержание предмета и его связь с другими предметами специального цикла.

3. Длина провода, подводящего ток к потребителю, равна 60 м. Какое сечение должен иметь медный провод , если при силе протекающего по нему тока 160 А потеря напряжения составляет 8 В?

   Билет 5                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. Магнитная цепь

2. Основные свойства и характеристики электрического поля.

3. Задача. Три лампочки сопротивлением 230 Ом, 345 Ом, и 690 Ом соединены параллельно и включены в сеть, сила тока в которой 2 А. Под каким напряжением работают лампы?

   Билет 6                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. Электрическая цепь. Основные элементы электрической цепи.

2. Генератор постоянного тока.

3. Задача. На рисунке изображена схема соединения проводников, где  R1  = 3 Ом,    R2  =6 Ом,  R3  = 4 Ом. Найти сопротивление всей цепи.

  Билет 7                                                                                                                                                                                                                                                                                                   1. Цепи переменного тока

2. Генератор переменного тока

3. Задача. Пять резисторов соединены так, как показано на рисунке. Определить общее сопротивление цепи, если R1  = 1 Ом, R2  =1 Ом,   R3  = 10 Ом,   R4  = 8 Ом,             R5  = 1 Ом.

  Билет 8                                                                                                                                                                                                                                                                                               1. Электрическая цепь с резистивным сопротивлением

2. Проводники, полупроводники и диэлектрики.

3. Задача. Две электрические лампочки сопротивлением 100 Ом и 300 Ом соединены параллельно. Сила тока в первой лампочке 0,9 А. Какой силы ток протекает через вторую лампочку?

  Билет 9                                                                                                                                                                                                                                                                             1. Электрическая цепь с активным сопротивлением в цепи переменного тока.

2. Понятие об электрическом токе. Электрический ток, его величина, направление, единицы измерения

3. Задача. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если R1 = 2 Ом, R2  =10 Ом,  R3  = 15 Ом,    R4 = 1 Ом?

  Билет 10                                                                                                                                                                                                                                                                                               1. Сопротивление проводников. Единицы измерения сопротивления проводников.

2. Трехфазный трансформатор

3. Задача. Каково внутреннее сопротивление элемента, если его ЭДС равна 1,2 В и при внешнем сопротивлении 5 Ом сила тока равна 0,2 А?

 Билет 11                                                                                                                                                                                                                                                                                                   1 Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи.

2. Трехфазный генератор

3. Задача. Определите сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке,  между точками C и D, если R1  = 2 Ом, R2  =5 Ом,  R3  = 20 Ом, R4  = 5 Ом,                           R5  = 10 Ом.

 Билет 12                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. Мощность в цепи переменного тока. Коэффициент мощности.

2.Автотрансформаторы.

3. Задача. ЭДС батареи 3 В. Внешнее сопротивление цепи 12 Ом, а внутреннее –              0,5 Ом. Какова сила тока короткого замыкания?

  Билет 13                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. Самоиндукция. Индуктивность.

2. Измерение силы тока и напряжения

3. Задача. Найдите полное сопротивление показанной на рисунке цепи, если

R1  =  R2  = R5  =  R6  = 3 Ом, R4  = 24 Ом, R3  = 20 Ом.

Билет 14                                                                                                                                                                                                                                                                                   1. Магнитное поле. Взаимоиндукция.

2. Виды и типы трансформаторов

3. Задача. Найдите общее сопротивление цепи, если R1  = 4 Ом, R2  = 12 Ом,                     R3  = 5 Ом, R4  = 15 Ом.

 Билет 15                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. Магнитные свойства вещества. Применение ферромагнетиков.

2. Однофазный генератор

3. Задача. Проводники сопротивлением 3 Ом и 15 Ом соединены параллельно и включены в цепь напряжением 45 В. Определить силу тока в каждом проводнике и в общей цепи.

 Билет 16                                                                                                                                                                                                                                                                                         1. Магнитные свойства вещества. Магнитное поле проводника с током

2. Типы резисторов и виды их соединений.

3. Задача. Четыре сопротивления R1  = 1 Ом, R2  = 2 Ом, R3  = 3 Ом,                  R4  = 4 Ом соединены по схеме, изображенной на рисунке. Определите общее сопротивление цепи.

 Билет 17                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. Способы соединения резисторов. Виды резисторов.

2. Машины постоянного тока

3. Задача. К источнику тока с ЭДС 8 В и внутренним сопротивлением 3,2 Ом подключен нагреватель сопротивлением 4,8 Ом. Чему равна сила тока в цепи?

 Билет 18                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. Режимы работы трансформатора

2. Способы соединения источников постоянного  тока

3. Задача. Два резистора,  сопротивления которых 20 Ом и 40 Ом, подключены к батарейке и соединены параллельно. Сила тока в первом резисторе 0,2 А. Какой ток протекает во втором резисторе?

 Билет 19                                                                                                                                                                                                                                                                                         1. Виды и типы трансформаторов

2. Законы Ома для цепи постоянного тока

3. Задача. Через проводник длиной 12 м и сечением 0,1 мм2, находящийся под напряжением 220 В, протекает ток 4 А. Определите удельное сопротивление проводника.

 Билет 20                                                                                                                                                                                                                                                                                       1. Законы Ома для цепи переменного тока

2. Генератор переменного тока

3. Задача. Вычислите общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если R1  = 6 Ом, R2  = 3 Ом, R3  = 5 Ом, R4  = 24 Ом

  Билет 21                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца

2. Способы соединения конденсаторов

3. Задача. При сопротивлении внешней цепи 5 Ом сила тока 2 А. Найти ЭДС батареи, если ее внутреннее сопротивление 0,5 Ом.

 Билет 22                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. Линейные и нелинейные электрические цепи

2. Электроизмерительные приборы

3. Задача. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 12 В и силу тока 5 А. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за 30 мин работы?

 Билет 23                                                                                                                                                                                                                                                                           1. Параметры цепей постоянного тока (ветвь, узел, контур)

2. Величины, характеризующие магнитное поле

3. Задача. Какую работу совершает электрический ток за 10 мин на участке цепи, если напряжение на этом участке 36 В, а сила тока 0,5 А?

 Билет 24                                                                                                                                                                                                                                                                                       1. Конденсаторы. Применение конденсаторов

2. Источники и потребители электрической энергии

3. Задача. ЭДС источника тока равна 5 В. К источнику присоединили лампу, сопротивление которой 12 Ом. Найдите силу тока в лампе, если внутреннее сопротивление источника равно 0,5 Ом.

Билет 25                                                                                                                                                 1. Проводник с током в магнитном поле

2. Назначение трансформаторов,  их  классификация и  применение.

3. Задача. Три лампочки сопротивлением 230 Ом, 345 Ом, и 690 Ом соединены параллельно и включены в сеть, сила тока в которой 2 А. Под каким напряжением работают лампы?

3.3. Критерии оценки:

Отметка «5» ставится, если:

• Содержание ответа на первый  и второй вопрос представляет собой связный рассказ, в котором используются все необходимые понятия по данной теме, рассказывается сущность описываемых явлений и процессов; рассказ сопровождается правильной записью  формул и; степень раскрытия понятий соответствует требованиям государственного образовательного стандарта для выпускников основной школы; в ответе отсутствуют ошибки;
• Содержание ответа на третий  вопрос включает  решение расчётной задачи, запись кратких данных, перевод с систему СИ, формул  для решения задачи, вывод из основной формулы рабочей, а также результат решения расчётной задачи.

Отметка «4» ставится в случае правильного, но неполного ответа на первый вопрос, если в нём:

• Отсутствуют некоторые несущественные элементы содержания;
• Присутствуют все понятия, составляющие основу содержания темы, но при раскрытии допущены неточности или незначительные ошибки, которые свидетельствуют о недостаточном уровне овладения отдельными умениями.
• При решении задачи  использован правильный алгоритм выполнения (или проведения расчётов), но при этом допущены незначительные погрешности при вычислениях, которые не повлияли на конечный результат.

Отметка «3» ставится, если:

• В ответе на первый  и второй вопросы отсутствуют некоторые понятия, которые необходимы для раскрытия сущности описываемого явления или процесса, нарушается логика изложения материала;
• При решении расчётной задачи  допущены существенные ошибки, что привело к неверному результату, или решение выполняется с дополнительной помощью.

Отметка «2» ставится, если:

• В ответе на первый и второй  вопросы практически отсутствуют понятия, которые необходимы для раскрытия содержания темы, а излагаются лишь отдельные его аспекты;
• Не решена расчётная задача.

Список вопросов для обучающихся по учебной дисциплине

ОП 02 Основы  электротехники                                                                                                     по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

1.Перечень вопросов по разделу 1 «Теоретические основы электротехники»

1.Электрические заряды. Закон Кулона.                                            2.Электрический потенциал и напряжение.                                3.Электрическое поле.                                                                              4.Проводники и диэлектрики в электрическом поле. 5.Электрическая емкость.                                                             6.Конструкция конденсаторов, принцип действия.                                                                                                     7.Расчет емкости батареи конденсаторов. Соединение конденсаторов.

 «Электрические цепи постоянного тока»

8.Электрический ток и его свойства.                                                9.Резисторы, электрическое сопротивление, проводимость.               10.Схемы соединения резисторов в электрических цепях.                      11.Электрическая цепь и ее элементы.                                         12.Распределение токов и напряжений в электрических цепях. 13.Источники электрической энергии. 14.Законы Ома.                                                                                            15.Законы Кирхгофа.                                                                                 16.Расчет и анализ работы простых и сложных электрических цепей.                                                                                                 17.Назначение, построение и принцип работы делителей напряжения.

 «Электромагнетизм»

18.Основные параметры, характеризующие магнитное поле. 19.Магнитные материалы.                                                                        20.Элементы магнитной цепи.                                                           21.Воздействие магнитного поля на проводник с током. 22.Понятие об электромагнитной индукции.                                       23.Правило Ленца.                                                                        24.Исследование закона электромагнитной индукции в технике. 25.Индуктивность и явления самоиндукции.                                      26.Взаимная индукция.                                                                   27.Устройство и принцип действия трансформатора.  «Электрические цепи переменного тока» 28.Определение переменного тока.                                                          29.Элементы электрических цепей переменного тока.                                    30.Цепь с индуктивностью. Индуктивное сопротивление.                         31.Цепь с емкостью.                                                                                  32.Понятие о процессе заряда и разряда конденсатора. 33..Получение трехфазной симметричной системы ЭДС.                   34.Соединения потребителей энергии «звездой».                             35.Значение нулевого провода.                                                                                         36.Вращающееся магнитное поле трехфазной системы.                  37.Принцип действия асинхронного двигателя. 2.Перечень вопросов по разделу 2. Электротехнические устройства, измерительные приборы и техника измерения

«Электрические измерения» 38.Классификация измерительных приборов.                                     39.Требования к приборам.                                                                40.Классификация приборов непосредственной оценки. «Электрические машины» 41.Назначение, применение электрических машин постоянного тока.                                                                                                         42.Обратимость машин, схемы включения генераторов постоянного тока.                                                                                                       43.Двигатели постоянного тока.                                                            44.Устройство и принцип работы асинхронных электродвигателей. 45.Устройство и область применения синхронных генераторов.

Оборудование по учебной дисциплине ОП. 02  Основы электротехники                          по профессии 15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

№ п/п	Оборудование учебного кабинета:	Технические средства обучения
1	Посадочные места по количеству студентов	Компьютер с выходом в сеть интернет
2	Рабочее место преподавателя
3	Модели резисторов, реостатов, конденсаторов.
4	Катушки индуктивности
5	Измерительные приборы: вольтметры, амперметры
6	Модели генератора, трансформатора.

Литература по учебной дисциплине ОП. 02 Основы электротехники                                    по профессии:  15.01.05. Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

Основные источники:

1.Прошин В.М. Электротехника для студ. учреждений сред. проф. образования. Издательский центр «Академия». 2017 -288с.

Дополнительные источники:

1.Катаенко Ю.К. Электротехника. – М.: Академ-центр, 2010. 288 с.

2.Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники.- М.: Феникс,2010,

3.Гальперин М.Ф. Электротехника и электроника.- М.: Форум,2011.

4. Новиков П.Н. Задачник по электротехнике.- М.: Академия ,2012,

Интернет- ресурсы: 

1.http://www.college.ru/enportal/physics/content/chapter4/section/paragraph8/the ory.html

 (Сайт содержит информацию по теме «Электрические цепи постоянного тока»)

2. http://elib.ispu.ru/library/electro1/index.htm

(Сайт содержит электронный учебник по курсу «Общая Электротехника»)

3. http://ftemk.mpei.ac.ru/elpro/

(Сайт содержит электронный справочник по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»).

4. http://www.toe.stf.mrsu.ru/demoversia/book/index.htm

 (Сайт содержит электронный учебник по курсу «Электроника и схемотехника»).

5. http://www.eltray.com. (Мультимедийный курс «В мир электричества как в первый раз»).

6. Видеокурс электротехника и электроника. Форма доступа: www.eltray.com   7. «Электро» – журнал. Форма доступа: www.elektro.elekrtozavod.ru
8. «Электро» (журнал). Форма доступа: www.elektro.elekrtozavod.ru

Понижающие и повышающие трансформаторы напряжения сухого и масляного исполнения

Компания Матик-электро предлагает своим клиентам сухие и масляные понижающие и повышающие трансформаторы на напряжение ВН (по выской стороне) от 220/380 В до 10 кВ и напряжение НН (по низкой стороне) от 6 В до 660 В и мощностью от 1 кВА до 2500 кВА. Наши трансформаторы напряжения могут использоваться для бытовых целей и в коммунальном хозяйстве (серии ОСМ, ТСЗ, ТСЗИ, ТСЗПБ, КТПТО), на промышленных предприятиях (серии ТСЗ, ТСЗИ, НТС), для распределительных сетей 6 и 10 кВ (серии ТС, ТМ и ТМГ).

Сухие понижающие и повышающие трансформаторы напряжения

Сухие трансформаторы по сравнению с масляными обеспечивают более высокий уровень пожарной и взрывобезопасности, более экономичны и просты в эксплуатации, обслуживании и ремонте. Трансформаторы напряжения сухого исполнения могут использоваться в электроустановках предприятий химической, нефтехимической, целюлозно-бумажной промышленности, в сетях электроснабжения общественных и жилых зданий, устанавливаться на транспортные средства, суда и плавсооружения. Чаще всего сухие трансформаторы используются для понижения напряжения (понижающий трансформатор). Например, для подключения к промышленной электросети напряжением 380 В ручного электроинструмента может использоваться понижающий трансформатор 380/220 В марки ТСЗ или ТСЗИ.

В случае, если необходимо питание от одного источника потребителей, рассчитанных на разные напряжения, то для решения этой проблемы целесообразно использовать многообмоточный понижающий трансформатор. Многообмоточный трансформатор, как правило, состоит из одной первичной обмотки и нескольких вторичных (конструктивно они могут быть выполнены как на одном сердечнике, так и каждая обмотка на своем собственном сердечнике). Например, возможно изготовление трансформатора понижающего напряжение

с 220 В до 110 В, 24 В и 12 В. Такой понижающий трансформатор напряжения может одновременно использоваться для питания инструмента, низковольтной сети освещения и приборов автоматики и сигнализации.

Но бывают случаи когда необходимо повышение напряжение – в частности, когда нужно запитать от сети 220 В оборудование предназначенное для сети 380 В. Данную проблему возможно решить используя сухой повышающий трансформатор напряжения. Повышающие трансформаторы также традиционно используются в местах генерации электроэнергии для сокращения ее потерь при передаче на большие расстояния.

– однофазные сухие трансформаторы многоцелевого назначения. Применяются в сетях местного освещения, для питания цепей управления, электроавтоматики, сигнализации и т.д.

Напряжение ВН – от 380/220 В до 10 кВ

Напряжение НН – от 6 В до 660 В

Мощность – от 1 до 63 кВА

Типовые варианты изготовления:

220/220 В 220/110 В

220/36 В 220/48 В

Могут изготавливаться на любые напряжения первичной и вторичной обмотки!

– трехфазные сухие трансформаторы. Могут изготавливаться как на низкое, так и высокое напряжение. Применяются в основном на промышленных предприятиях в цепях питания силового оборудования и инструмента в качестве понижающего трансформатора. Могут применяться в электроустановках жилых и общественных зданий, в цепях питания местного освещения, для подключения ручного электроинструмента. Силовые трансформаторы серии ТС могут применяться в распределительных сетях 6-10 кВ.

Исполнение – в кожухе и без кожуха

Напряжение ВН – от 380 В до 660 В

Напряжение НН – от 8 В до 220

Типовые варианты изготовления:

380/380 В 380/220 В

380/110 В 380/65 В

380/36 В

420/420 В 660/660 В

Могут изготавливаться на любые напряжения первичной и вторичной обмотки!

— трансформаторы силовые сухие с обмотками с литой изоляцией типа «Геафоль» (эпоксидный компаунд с кварцевым наполнителем). Этот материал не оказывает вредного влияния на окружающую среду и не выделяет токсичных газов даже при воздействии дуговых разрядов. Трансформаторы с изоляцией типа «Геафоль» можно использовать в электроустановках общественных и жилых зданий.

Напряжение ВН – 6 кВ, 10 кВ

Напряжение НН – 0,7 кВ

Мощность — от 100 кВА до 2500 кВА

НТС

— сварочный трансформатор. Предназначен для преобразования переменного напряжения сети 380 В в переменное напряжение 24; 36; 42; 220 В.

Мощность — от 1,6 кВА до 40 кВА.

— трансформатор прогрева бетона. Трехфазный, двухобмоточный понижающий сухой трансформатор с принудительным воздушным охлаждением защищенного исполнения. Предназначен для термообработки бетона и мерзлого грунта.

Напряжение — 380 В

Мощность — до 63 кВА

– станция прогрева бетона на основе масляного трехобмоточного понижающего трансформатора ТМТО с естественным охлаждением. Предназначена для подогрева бетона в зимнее время, с регулированием температуры в ручном и автоматическом режимах.

Напряжение первичное – 380 В .

Напряжение вторичное – 55-95 В

Мощность — 80 кВА

— трансформатор однофазный сухой водозащищенный. Трансформатор предназначен для электроустановок судов и плавсооружений морского и речного флота неограниченного района плавания.

Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)

Напряжение — до 660 В

Напряжение — до 660 В

Частота напряжения — 50 (60) Гц и 400 (500) Гц

— трансформатор понижающий трехфазный сухой для судов и плавсооружений. Трансформатор предназначен для питания пониженным напряжением различных цепей с частотой 50 (60)или 400 (500) Гц электроустановок общего и специального назначения.

Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)

Напряжение ВН – от 380 В до 0,7 кВ

Напряжение НН – от 130 В до 230 В

Мощность — от 6,3 до 1000 кВА

— трансформатор трехфазный сухой водозащищенный. Предназначен для электроустановок судов и плавсооружений морского и речного флота неограниченного района плавания.

Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)

Напряжение — до 660 В

Частота напряжения — 50 (60) Гц и 400 (500) Гц

— трансформаторы однофазные сухие промышленного и бытового назначения, водозащищенного исполнения. Трансформаторы ОСОВ применяются в шахтах, неопасных по газу и пыли, в других производствах для питания ламп местного освещения и электроинструмента.

Напряжение ВН – 380 В

Напряжение НН – 110 В

Мощность – от 0,25 до 4 кВА

Масляные трансформаторы серии ТМ и ТМГ

Масляные силовые трансформаторы напряжения по сравнению с сухими обладают меньшими габаритами, они более надежны и долговечны. Компания Матик-электро поставляет масляные трансформаторы серий ТМ и ТМГ для распределительных четей 6-10 кВ. Трансформаторы ТМ и ТМГ могут эксплуатироваться как в условиях внутренней, так и наружной установки при температуре окружающей среды от +40 до -60 °С.

Трансформаторы серии ТМ конструктивно выполнены с расширительным масляным баком, а серии ТМГ выполняются герметичными, что значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование.

Опасен ли для человека источник электрической энергии, напряжением 36 В?

а) Опасен                                                                              

б) Неопасен

в) Опасен при некоторых условиях                                

г) Это зависит от того, переменный ток или постоянный

 

                                                                                               

Трансформаторы

Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых потребителей?

а) измерительные                                                          б) сварочные

в) силовые                                                                      г) автотрансформаторы

Измерительный трансформатор тока имеет обмотки с числом витков 2 и 100. Определить его коэффициент трансформации.

а) 50                                                                              б) 0,02

в) 98                                                                              г) 102

Какой прибор нельзя подключить к измерительной обмотке трансформатора тока?

а) Амперметр                                                               б) Вольтметр

в) Омметр                                                                    

 г) Токовые обмотки ваттметра

Какой физический закон лежит в основе принципа действия трансформатора?

а) Закон Ома                                                                        

б) Закон Кирхгофа

в) Закон самоиндукции                                                    

г) Закон электромагнитной индукции

37. Определить коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, если его номинальные параметры составляют ₁ = 100 А ; ₂ = 5 А?

а) k = 20                                                                            

б) k = 5

в) k = 0,05                                                                               

г) Для решения недостаточно данных

К чему приводит обрыв вторичной цепи трансформатора тока?

а) К короткому замыканию                                                  

б) к режиму холостого хода

в) К повышению напряжения                                                

г) К поломке трансформатора

Какие трансформаторы позволяют плавно изменять напряжение на выходных зажимах?

а) Силовые трансформаторы                                             

б) Измерительные трансформаторы

в) Автотрансформаторы                                                     

г) Сварочные трансформаторы

Какой режим работы трансформатора позволяет определить коэффициент трансформации?

а) Режим нагрузки                                                               

б) Режим холостого хода

в) Режим короткого замыкания                                       

г) Ни один из перечисленных

Чем принципиально отличается автотрансформаторы от трансформатора?

а) Малым коэффициентом трансформации               

б) Возможностью изменения коэффициента трансформации 

в) Электрическим соединением первичной и вторичной цепей

г) Мощностью

 

Методическая разработка открытого лекционного занятия по дисциплине «Электрические машины» на тему » Трансформаторы».

ГОРЛОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

И ЭКОНОМИКИ

Цикл профессиональной электромеханической подготовки

Методическая разработка

открытого лекционного занятия по дисциплине

«Электрические машины»

на тему „Трансформаторы”

Специальность 27.02.04 „Автоматические системы управления”

Горловка 2015 г.

Методическую разработку открытого занятия по дисциплине «Электрические машины» подготовил преподаватель Исаев Андрей Владимирович.

Методическая разработка предлагает вариант организации и проведения лекционного занятия с использованием интерактивных методов обучения по дисциплине «Электрические машины», которая является нормативной дисциплиной профессионально — практической подготовки младших специалистов по специальности 27.02.04 „Автоматические системы управления”. Методическая разработка содержит методические рекомендации по проведению занятий, основные теоретические положения тем, видеоматериалы, компьютерную тестовую программу тематической диагностики уровня приобретенных теоретических знаний.

Методические рекомендации предназначены для преподавателей электротехнических дисциплин СПО.

Рецензенты:

— Председатель регионального методического объединения преподавателей электротехнических дисциплин, специалист высшей категории, преподаватель-методист Кулишенко Г.А., Горловский техникум ДонНУ;

— Преподаватель электротехнических дисциплин Горловского машиностроительного колледжа, специалист высшей категории Доценко В.В.

Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии профессинальной электромеханической подготовки (протокол №__ от ____ 20 г.)

Председатель ЦК _________________ Бондаренко Е.П.

РЕЦЕНЗИЯ

на методическую разработку открытого занятия

на тему «Трансформаторы» по дисциплине

«Электрические машины», разработанную преподавателем Горловского колледжа промышленных технологий и экономики Исаевым А.В.

Методическая разработка открытого занятия на тему «Трансформаторы» разработана в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Электрические машины», согласно с рекомендациями областного базового техникума и предназначена для подготовки младших специалистов.

Методическая разработка рассмотрена и одобрена цикловой комиссией преподавателей спецдисциплин профессинальной электромеханической подготовки по специальности 27.02.04 „Автоматические системы управления”.

Методическая разработка состоит из:

• предисловия,

• плана занятия,

• хода занятия,

• приложений,

• перечня литературы.

В предисловии приведены: методы перехода от индивидуального общества к информационному, как результат информации всех сфер деятельности общества. Высшее учебное заведение должно готовить специалиста, способного умело использовать информацию, которая в огромном количестве накапливается человечеством.

В плане занятия приведены: тема занятия, методическая цель, дидактическая и воспитательная цели, межпредметные связи и методические материалы для приобретения знаний при изучении дисциплины «Электрические машины».

В ходе занятия приведены основные структурные элементы занятия, с указанием времени, которое отводится на каждый элемент. Структура занятия полностью соответствует виду занятия и целям, которые поставлены.

В приложениях приведены: лекция к занятию «Трансформаторы», презентация и видеоматериалы, которые размещены на CD- диске.

Рецензент:

Председатель регионального

методического объединения

преподавателей электротехнических

дисциплин, специалист высшей

категории _______________ Г.А.Кулишенко

СОДЕРЖАНИЕ

Приложение Б Тестовые задания 19

Приложение В Таблица оценки 26

Приложение Г Презентация на СD-диске 28

Перечень литературы 52

ПРЕДИСЛОВИЕ

В условиях перехода от индивидуального общества к информационному и, как следствие, информации вcеx сфер деятельности общества высшее учебное заведение должно готовить специалиста способного умело использовать информацию, которая в невероятном количестве накапливается человечеством.

Современные технологии создания, обработки, передачи и хранения информации предоставляют будущему специалисту достаточно широкие возможности эффективно действовать при выполнении своего профессионального долга. Поэтому сегодня не стоит спрашивать, важно или нет, использовать новые технологии обучения при организации учебного процесса. На сегодняшний день компьютер и информационные технологии являются средством учебной, научной и профессиональной подготовки деятельности специалиста, который выполняет свои профессиональные обязанности в условиях информационного общества.

Лекция считается основным информационным источником в учебном процессе, играет доминирующую роль среди других видов занятий. Но часто трудно получить желаемого результата и как следствие — снижение показателей качества усвоения знаний. Поднять качество подготовки студентов на должный уровень помогает компьютеризация преподавания дисциплин.

Данная методическая разработка по дисциплине «Электрические машины» предназначена для преподавателей электротехнических дисциплин в группах подготовки по специальностям технического направления.

Тема, форма и средства организации лекционного занятия, которые выбраны для методической разработки, актуальны так как внедрение инновационных технологий способствует распространению информационного пространства, визуальном обеспечению СРС, повышает уровень понимания структурно-логической схемы профессионально ориентированной подготовки специалистов.

Цель разработки — оказать помощь преподавателю в организации и проведении лекционного занятия с использованием демонстрационных программ и средств самоконтроля. Что направлено на углубление изучения теоретического материала и формирование познавательного интереса данной темы.

Горловский колледжпромышленных технологий и экономики

ПЛАН ЗАНЯТИЯ

„ 30 ” _____10______2015 г.

Дисциплина: „ Электрические машины ”.

Группа: 2КР

Специальность: 27.02.04 „Автоматические системы управления”

Тема занятия: Трансформаторы.

Цель занятия:

методическая — совершенствование методики организации и проведения лекционного занятия с использованием интерактивных методов обучения, направленных на повышение эффективности усвоения теоретического материала.

дидактическая — изучение строения и устройства трансформатора и освоение его принципа действия, развитие умений и навыков применения теоретических знаний в практической работе.

воспитательная — укрепление сознательного отношения к образованию, активизация студентов по воплощению знаний в профессиональную и практическую деятельность.

Вид занятия: лекция.

Формы и методы организации занятия: дисплейный урок с использованием видеоматериалов и средств самоконтроля.

Межпредметные связи:

обеспечивающие: «Физика», «Математика», «Информатика», «Электротехника».

обеспечиваемые: «Электропривод станков», «Технология эксплуатации электронного оборудования электронной части станков с числовым программным управлением», «Станки с ПУ и РТК», «Наладка станков с ПУ и РТК», «Техническое обслуживание станков с ПУ и РТК», дипломное проектирование.

Методическое и материально — техническое обеспечение: презентация, тесты, таблица оценивания знаний, видеоматериалы, ПЭВМ, мультимедийная доска.

Литература:

обязательная:

1. Лябук М.Н. Электрические машины, учебное пособие — Луцк, ЛНТУ, 2005

2. Харизоменов И.В., Электрооборудование станков и автоматических линий- М :, Высшая школа, 1997 г.

дополнительная:

1. Гаврилюк В.А. Общая электротехника с основами электроники — Киев; Высшая школа, 1980 г.

2. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств — М :, Высшая школа, 2002

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент: 2 мин.

1.1 Приветствие студентов

1.2 Подготовка аудитории к занятию, проверка наличия студентов

1.3 Проверка домашнего задания

2. Ознакомление студентов с темой и учебными целями

занятия: 5 мин.

2.1 Тема занятия: Трансформаторы

2.2 Цель занятия: Ввести понятие трансформатора. Рассмотреть его историю, строение, практическое применение и виды трансформаторов. Достичь осознания необходимости полученных знаний для будущей профессиональной деятельности. Развивать экспериментальные, навыки логического мышления, умения обосновывать свои высказывания, делать выводы.

3. Мотивация обучения: 3 мин.

Данная тема необходима современному техническому работнику машиностроительной отрасли, так как дает возможность правильно выбрать или рассчитать трансформатор с требуемыми параметрами и характеристиками.

Современное представление человека о комфорте невозможно без электричества. Электричество присутствует во вcеx отраслях нашей жизни, без него сложно себе представить само существование современного человечества. Но электричество не могло бы нам ничем помочь, если бы не было доставлено к розеткам в наших квартирах, поэтому сейчас я вам покажу путь, который проходит электрический ток до того как он попадает в наши квартиры.

Показ фрагмента на DVD.

4. Актуализация опорных знаний: 10мин.

Актуализация знаний проводится в виде фронтального опроса по основным теоретическим понятиям, необходимыми для усвоения новой темы.

1. Что называют магнитным полем?

2. Где возникает магнитное поле?

3. Назовите основные характеристики магнитного поля.

4. В чем заключается суть закона Ампера?

5. Какие энергетические преобразования отражает этот закон?

6. Какое электромагнитное явление описывает закон электромагнитной индукции?

7. Какие энергетические преобразования отражает этот закон?

5. Комментарий ответов студентов: 5 мин.

Комментарий фронтального опроса с учетом исправленных ошибок. Результаты заносятся в таблицу оценки (Приложение В)

6. Преподавание и изучение нового материала: 35 мин.

Трансформаторы

План лекции

6.1 Общие сведения про трансформаторы

6.2 История развития трансформаторов

6.3 Конструкция трансформаторов

6.4 Виды трансформаторов

7. Закрепление знаний студентов: 10 мин.

Проводится в форме тестирования (Приложение Б). Заносится в таблицу оценки (Приложение В).

8. Комментарий работы студентов и итог занятия: 7 мин.

8.1 Резюме лекции. Ответ на вопрос студентов

8.2 Анализ работы группы

8.3 Комментарий ответов студентов и объявления итоговых оценок.

9. Домашнее задание: 3хв.

Гаврилюк В.А. Общая электротехника с основами электроники — Киев; Высшая школа, 1980 г. Составить конспект по теме «Трансформаторы»(стр.117-133)

.

Преподаватель ______________ Исаев А.В.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Лекция к занятию № 12

Лекция № 12

Трансформаторы

План

1. Общие сведения о трансформаторах.

2. История развития трансформаторов.

3. Конструкция трансформатора

4. Виды трансформаторов

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

1. Назначение трансформаторов. С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, в некоторых случаях превращается частота переменного тока.

2. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открыта Майкром Фарадеем в 1831 г. Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель Яблочков Павел Николаевич в содружестве с Иваном Филипповичем Усагиным. с 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. А. Доливо-Добровольскому, который разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствования трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и Н. Видмара.

2. Конструкция трансформатора. Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования величин токов и напряжений без изменения частоты.

Демонстрация плаката «Конструкция трансформатора».

Каждый трансформатор состоит из сердечника и обмоток. В зависимости от количества обмоток трансформаторы бывают двух, трех и многообмоточные. Обмотка, которая подключается к сети (источнику питания), называется первичной (1), а обмотка, к которой подключен прибор вторичной (2). Если напряжение в сети более, чем напряжение на выходе, то такой трансформатор называется понижающим, если меньше — повышает. В процессе подключения трансформатора к источнику питания, переменный ток, проходящий через первичную обмотку, образует магнитное поле. А поскольку обе обмотки находятся на одном сердечнике, то вторичная обмотка находится в том же магнитном поле. Когда ко вторичной обмотке подключена нагрузка, через цепь проходит ток и выдает нужное напряжение.

2. Виды трансформаторов.

Демонстрация слайдов «Виды трансформаторов ».

Трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для измерения больших токов. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформатор напряжения — трансформатор, предназначен для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях Рзиа. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда).

Разделительный трансформатор — трансформатор, первична обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками с целью исключения опасности, обусловленной возможностью случайного одновременного прикасания к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с той, что меняется через каждые полпериода полярностью.

Силовые трансформаторы ТМГ -10 – 2500

выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10 кВт включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) — 0.4 кВт. Схема и группа соединений — У/УН -0; Д/УН -11.

Напряжение регулируется без возбуждения. Для этого трансформаторы оснащены высоковольтными переключателями, которые присоединяются к обмотке высокого напряжения и позволяют регулировать напряжение ступенями при отключенном от сети трансформаторе со стороны НН и ВН с диапазоном +2 х 2.5 %.

Измерительный трансформатор тока — предназначен для контроля напряжения, фазы сигнала или тока первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитан на то, чтобы оказывать минимум влияния на первичную цепь, уменьшать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала во вторичной цепи.

Принцип действия измерительного трансформатора следующий – к источнику тока подключается первичная обмотка трансформатора, измерительный трансформатор подключается ко вторичной обмотке. Ток, который проходит по вторичной обмотке, прямо пропорционален току в обмотке первичной.

Медицинские разделительные трансформаторы — трансформаторы разделительные серии ТР и ТРТ (с индексом М) предназначены для электропитания медицинских помещений группы два. Трансформаторы выполняют преобразование сетей с глухозаземленной нейтралью в сеть с изолированной нейтралью (IT сеть). Одновременно, согласно требованиям ГОСТ-50571.28 и инструкции РТМ 42-2-80, трансформаторы осуществляют непрерывный контроль сопротивления изоляции сети, температуры обмоток и величины подключенной нагрузки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Объяснить что такое трансформатор?

2. Назвать основные части трансформатора.

3. Назвать кем была открыта возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции.

4. Назвать единицы измерения мощности трансформаторов .

5. Назвать изученные виды трансформаторов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Тестовые задания

Вариант №1

1.Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых потребителей?

а) измерительные б) сварочные

в) силовые г) автотрансформаторы

2.Измерительный трансформатор тока имеет обмотки с числом витков 2 и 100. Определить его коэффициент трансформации.

а) 50 б) 0,02

в) 98 г) 102

3.Какой прибор нельзя подключить к измерительной обмотке трансформатора тока?

а) Амперметр б) Вольтметр

в) Омметр г) Токовые обмотки ваттметра

4. У силового однофазного трансформатора номинальное напряжение на входе 6000 В, на выходе 100 В. Определить коэффициент трансформации.

а) 60 б) 0,016

в) 6 г) 600

5. При каких значениях коэффициента трансформации целесообразно применять автотрансформаторы

a) k > 1 б) k > 2

в) k ≤ 2 г) 0,5 ≤ k ≤ 2

Вариант № 2

1. Почему сварочный трансформатор изготавливают на сравнительно небольшое вторичное напряжение? Укажите неправильный ответ.

а) Для повышения величины сварочного тока при заданной мощности. б) Для улучшения условий безопасности сварщика

в) Для получения крутопадающей внешней характеристики г) Сварка происходит при низком напряжении.

2.Какой физический закон лежит в основе принципа действия трансформатора?

а) Закон Ома б) Закон Кирхгофа

в) Закон самоиндукции г) Закон электромагнитной индукции

3. На какие режимы работы рассчитаны трансформаторы 1) напряжения , 2) тока?

а) 1) Холостой ход 2) Короткое замыкание б) 1) Короткое замыкание 2) Холостой ход

в) оба на ежим короткого замыкания г ) Оба на режим холостого хода

4.Как повлияет на величину тока холостого хода уменьшение числа витков первичной обмотки однофазного трансформатора?

а) Сила тока увеличится б) Сила тока уменьшится

в) Сила тока не изменится г) Произойдет короткое замыкание

5. Определить коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, если его номинальные параметры составляют ₁ = 100 А ; ₁ = 5 А?

а) k = 20 б) k = 5

в) k = 0,05 г) Для решения недостаточно данных

Вариант № 3

1. В каком режиме работают измерительные трансформаторы тока (Т Т) и трансформаторы напряжения (ТН). Указать неправильный ответ:

а) Т Т в режиме короткого замыкания б) ТН в режиме холостого хода

в) Т Т в режиме холостого хода г) ТН в режиме короткого замыкания

2. К чему приводит обрыв вторичной цепи трансформатора тока?

а) К короткому замыканию б) к режиму холостого хода

в) К повышению напряжения г) К поломке трансформатора

3.В каких режимах может работать силовой трансформатор?

а) В режиме холостого хода б) В нагрузочном режиме

в) В режиме короткого замыкания г) Во всех перечисленных режимах

4.Какие трансформаторы позволяют плавно изменять напряжение на выходных зажимах?

а) Силовые трансформаторы б) Измерительные трансформаторы

в) Автотрансформаторы г) Сварочные трансформаторы

5.Какой режим работы трансформатора позволяет определить коэффициент трансформации?

а) Режим нагрузки б) Режим холостого хода

в) Режим короткого замыкания г) Ни один из перечисленных

Вариант № 4

1. Первичная обмотка трансформатора содержит 600 витков, а коэффициент трансформации равен 20. Сколько витков во вторичной обмотке?

а) 30 б) 12000

в) 0,033 г) 100

2. Чем принципиально отличается автотрансформаторы от трансформатора?

а) Малым коэффициентом трансформации

б) Возможностью изменения коэффициента трансформации

в) Электрическим соединением первичной и вторичной цепей

г) Мощностью

3. Какие устройства нельзя подключать к измерительному трансформатору напряжения?

а) вольтметр б) амперметр

в) обмотку напряжения ваттметра г) омметр

4. По какой формуле находится коэффициент трансформации?

а) б)

в) г)

5. У силового однофазного трансформатора номинальное напряжение на входе 220В, на выходе 100 В. Определить коэффициент трансформации.

а) 0,45 б) 22000

в) 2,2 г) 600

.

ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Таблица оценки знаний студентов

Таблица оценки знаний студентов

Фронт.

опрос.

0-5 баллов

Дополнит.

0-2 баллы

Тест

0-5 баллов

Итог

0-12 баллов

Перевод баллов в оценку

от 10-12 баллов — «5» (отлично)

от 7-9 баллов — «4» (хорошо)

от 5-6 баллов — «3» (удовлетворительно)

4 и ниже — «2» (неудовлетворительно)

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Презентация

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гаврилюк В.А. Общая электротехника с основами электроники — Киева; высшая школа, 1980

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Обща электротехника, — М. «Высшая школа», 1977

3. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств — М :, Высшая школа, 2002 4. Левитес Д.Б. Практика обучения: современные образовательные технологии. — М .: Институт практической психологии. — Воронеж: НПО МОДЭК, 1998..

5. Лябук М.Н. Электрические машины, учебное пособие — Луцк, ЛГТУ, 2005

6. Пометун А.И., Пироженко Л.В. Современный урок. Интерактивные технологии обучения. — М .: А.С.К., 2004. — 192 с.

7. Харизоменов И.В., Электрооборудование станков и автоматических линий- М :, Высшая школа, 1997 г.

Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов.

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

• Для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500 кВ). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП.
• В контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000 В.
• В сетях до 1000 В для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги и прочее.
• Для электросетей до 500 В, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов.
• В качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.

Поток электронов идет строго по прямой линии, никак не колеблясь и не изменяясь. У такого тока нет частоты, потому что нет колебаний. Поток электронов (каждый электрон) двигается строго в одном направлении от «минуса» к «плюсу». Поэтому в батарейках так важно соблюдать полярность. Если подключите два «минуса» или два «плюса», ток просто не потечет.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – то есть если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели электротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12 В; для строительной техники, например, экскаваторов, бульдозеров используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24 В. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7 В.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой (-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). 

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц) означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном.

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза». Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220 В.

Переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Особенностями переменного однофазного тока являются:

• Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
• Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
• Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.

Поток электронов постоянно колеблется с определенной частой (в 50 герц), образуя синусоиду (волнистую линию).
Поток электронов двигается как угодно, отдельные электроны в потоке тоже движутся хаотично. Для переменного тока не требуется соблюдать полярность.

 

Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.

Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства –трансформатора.

Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.

Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000 В городских сетей до 220 В домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.

 

Виды трансформаторов. Для чего необходима диагностика трансформаторов

Трансформатор — это статическая электромашина, которую применяют для измерения тока и напряжения. Существует несколько видов трансформаторов, отличающиеся между собой проводимостью питания. Каждое устройство предназначено для отдельных целей. Различные виды трансформаторов используются как в промышленных, так и бытовых сферах.

Силовой трансформатор

Относиться к типу низкочастотных трансформаторов. Устанавливается в конструкциях для приёма и изменения электричества. Называются силовыми, потому что используются для приёма и отдачи электрической энергии на/с ЛЭП, где мощность электричества может превышать 1150 кВ.

Может состоять из 2, 3 и более обмоток, которые располагаются на сердцевине из прочной стали. Чаще всего устройство устанавливают в специальный бак с трансформаторным маслом. Во время использования его при повышенных напряжениях к конструкции устанавливается система активного охлаждения. Она обеспечивает долгую работоспособность агрегата и уберегает его от перегрева.

Данный вид трансформаторов устанавливают на подстанции и электростанции. Они выдерживают мощность до 3000 кВА. Чаще всего используют именно трехфазные типы, так как с ними потребление энергии выходит на 15–20% меньше.

Сетевой трансформатор

Чаще всего используются в быту, где напряжение не достигает более 220 В. Благодаря устройству частоту электроэнергию, потребляемую электроприборами можно сократить до 6, 13, 26 или 48 В. Сетевые трансформаторы имеют более компактные размеры. Относятся к низкочастотным типам устройства и используются обычно в бытовых условиях.

Автотрансформатор

Автотрансформаторы относятся к типу низкочастотных устройств. Имеют две обмотки. Вторичная обмотка соединена с первой, это означает что они связаны и электрически и магнитно. Два вида обмотки могут делать из одной, что даёт возможность получить разное напряжение с одной обмотки.

Основным преимуществом автотрансформаторов является доступная цена. Из-за того, что на них уходит меньший объем обмоточного материала и стали для сердцевины, он весит в разы меньше чем другие виды, поэтому и его стоимость значительно меньше. К значимому недостатку относится отсутствие возможности разъединения обмоток.

Применяются в системах автоматического управления, а также в высоковольтных электрических системах. Весьма востребованы на сегодняшний день.

Лабораторные

Применяются в условиях, где необходима стабильная подача электроэнергии, чаще всего используются в лабораториях. Устройство равномерно регулирует напряжение. Имеет надёжное заземление, неустойчив к перепадам напряжения и к сильным подачам электроэнергии. Применяется только в тех сетях, где предусмотрены плавкие предохранители или автоматы.

Трансформатор тока

Вид трансформатора, где первичная обмотка напрямую подключена к току, а другая подключена к защитным приборам. Самым популярным на сегодня является измерительный трансформатор тока. Устройство состоит их сердечника из высокопрочной стали, на котором намотан один или два вида обмоточного материала. Чаще всего первичной обмоткой считается шина или обмотка с измеряемым током. Используется для измерения тока в защитных системах трансформатора тока. Безопасны в использовании.

Импульсный трансформатор

Широко распространённый вид трансформаторов, применяющийся в сетевых блоках питания, инверторах и сварочных аппаратах. Используется только в электропреобразователях низких частот. В устройстве ферритовый сердечник, имеющий 5 разных форм (Ш-образный, П-образный, кольцо, стержень, чашка).

Является высокочастотным, по этому его габариты значительно снижены в отличие от низкочастотных конструкций. Связано с тем, что данная конструкция требует меньшую затрату проводов на обмотку. Импульсные трансформаторы наиболее популярные на сегодня их можно встретить буквально на всех зарядных устройствах и сварочных устройствах.

Импульсный трансформатор тока

Применяются для преобразования силы электроэнергии в импульсных смехах. Если вас заинтересовала данная тема, то здесь при желании вы сможете узнать подробнее про диагностику трансформаторов http://testvolt.ru/kompleksnaya-diagnostika-transformatorov/. Как и стандартный импульсный трансформатор имеет ферритовый сердечник. Чаще всего он имеет кольцевую или как её ещё называют тороидальную форму. В конструкции применения только одна обмотка, которая присоединяется к резистору. На сегодня выпускаются с различной степенью трансформации. Легко подключается к схеме и резистору. Сила тока узнается с помощью встроенных стабилитронов.

Тяговая подстанция — это… Что такое Тяговая подстанция?

        сооружение, в котором расположено оборудование, предназначенное для трансформации, преобразования и распределения электрической энергии, используемой на электрифицированных железных дорогах, трамвайных и троллейбусных линиях, в метрополитене.

         На магистральных железных дорогах общего пользования и путях промышленного транспорта, работающих на переменном токе промышленной частоты, Т. п. выполняются в виде трансформаторных подстанций (См. Трансформаторная подстанция) и служат для понижения напряжения трёхфазного тока, получаемого от энергосистем, до необходимого значения —27,5 кв на магистральных железных дорогах и 6—10 кв на путях промышленного транспорта. На электрифицированных участках, работающих на переменном токе пониженной частоты (16 и 25 гц), Т. п. предназначены для понижения напряжения однофазного тока, получаемого от специальных электростанций, или преобразования трёхфазного тока промышленной частоты, получаемого от энергосистем, в однофазный ток пониженной частоты (см. Преобразовательная подстанция). На линиях, работающих на постоянном токе, Т. п. преобразуют трёхфазный переменный ток в постоянный ток напряжением 275 в (подземная электровозная откатка), 600 и 825 в (городской и промышленный транспорт), 1650 в (промышленный транспорт), 3300 в (магистральные железные дороги).

         В СССР Т. п. железнодорожного транспорта обычно используются также и для питания электроэнергией не тяговых потребителей различных железнодорожных служб, промышленных, с.-х. и коммунально-бытовых предприятий, расположенных в районах, прилегающих к электрифицированным железным дорогам.

         Т. п. бывают без постоянного обслуживающего персонала — с автоматическим и телеуправлением (на магистральных железных дорогах, в метрополитене, на трамвайных и троллейбусных линиях) и с постоянным обслуживающим персоналом (на путях промышленного транспорта и др.).

         По конструктивному выполнению различают Т. п. открытого типа, в которых основное оборудование размещается на открытом воздухе, и закрытого типа — с основным оборудованием, находящимся в здании. Применяют также передвижные Т. п. с оборудованием, обычно размещенным на железно-дорожном подвижном составе, которые предназначены главным образом для резерва на случай выхода из строя стационарных Т. п.

         Лит.: Грубер Л. О., Засорин С. Н., Перцовский Л. М., Электрические станции и тяговые подстанции, М., 1964.

         Л. О. Грубер.

Как электричество подается в ваш дом

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько удобно щелкнуть выключателем или нажать кнопку и мгновенно получить удобство?
Это кажется таким простым; вам становится немного холодно или жарко, вы толкаете термостат вверх или вниз; ваша семья проголодалась, вы берете еду из холодильника и разогреваете ее в микроволновой печи или готовите еду на плоской плите; напряженный рабочий день, вы прыгаете в горячую ванну с водой; Чтобы узнать, что происходит в мире, вы берете пульт и включаете телевизор.Но как электричество попадает в ваш дом? Это сложный процесс, состоящий из множества шагов, посмотрите видео «Путь электричества» или вы можете подробнее узнать о каждом шаге ниже.

Система распределения

Наверх

Подстанция

CAEC покупает энергию у нашего кооператива по производству и передаче PowerSouth, который производит или покупает электроэнергию и передает ее на большие расстояния по линиям электропередачи распределительным компаниям, таким как CAEC.Наши подстанции — это точка, в которой электросетевая инфраструктура становится распределительной. Распределительные подстанции понижают напряжение, поступающее от линий электропередачи, чтобы начать процесс подачи энергии в ваш дом. Много работы уходит на планирование новых подстанций или даже модернизацию подстанций. CAEC использует долгосрочное прогнозирование для планирования новых подстанций, что напрямую влияет на надежность. Когда вы подписываетесь на услугу, независимо от ваших намерений в отношении этого счетчика, мы должны учитывать ваши текущие и будущие потребности в электроэнергии в этих прогнозах.Размещение и строительство подстанции — непростой процесс; Фактически, от этапа планирования до реализации требуется от двух до трех лет, чтобы завершить только один проект стоимостью примерно 1,5 миллиона долларов.

Силовой трансформатор

Напряжение, поступающее на подстанцию, 115 000 или 46 000 вольт, слишком высокое, чтобы попасть непосредственно в ваши районы. Силовые трансформаторы используются для понижения напряжения до приемлемого уровня, чтобы подать его в ваши окрестности.

Распределительный трансформатор

Мы еще не готовы подключить ваш дом к электросети; напряжение, поступающее от силового трансформатора, 25 000 или 13 200 вольт, все еще слишком велико, чтобы подавать его прямо в ваш дом.Оттуда мощность распределяется по милям (в зависимости от того, как далеко ваш дом находится от подстанции) линий электропередачи, чтобы достичь распределительного трансформатора, который снова понижает мощность до уровня напряжения, необходимого для вашего дома, который составляет 120/240 вольт. . За последние пять лет стоимость трансформаторов выросла на 50 процентов, отчасти из-за роста материальных затрат, а также из-за федеральных нормативных требований, требующих повышения эффективности.

Сервисный сброс и счетчик

От распределительного трансформатора к вашему дому подключается служебный провод, который называется служебным отводом.Если у вас накладные расходы, CAEC подключает служебный провод к метеостанции, которая является точкой соединения между объектами CAEC и домовладельцем. Если ваш служебный провод находится под землей, CAEC подключает служебный провод к вашей подземной измерительной коробке. Стяжка, сделанная на стороне источника счетчика, является точкой соединения между CAEC и элементом. Коробка счетчика в обоих случаях позволяет CAEC измерять количество потребляемой энергии.

Электроэнергия для вашего дома

От коробки счетчика провод обычно подключается к домашней коробке выключателя, которая функционирует как механизм безопасности для вашего дома.На этом этапе в игру вступает ваша домашняя проводка, которая позволяет отправлять энергию в розетки и выключатели одним нажатием кнопки или щелчком переключателя.

Это касается только нескольких основных единиц оборудования, которые мы используем, чтобы держать ваше питание включенным более 99,9% времени. Некоторое другое жизненно важное оборудование, которое мы используем, включает выключатели верхнего и нижнего уровня, регуляторы напряжения и молниеотводы. Этот процесс также не распространяется на техническое обслуживание, которое мы должны выполнить, и персонал, необходимый для обеспечения того, чтобы созданная нами инфраструктура оставалась в отличном состоянии.Это включает в себя нашу программу управления растительностью, проверки линий и подстанций и другие важные программы.

Система передачи

Вернуться к началу

Как мы узнали выше, подробно изучив систему распределения, для создания системы передачи требуется много частей, работающих вместе. Именно эта сеть, принадлежащая и обслуживаемая поставщиком электроэнергии и передачи CAEC, PowerSouth, а также линии электропередачи, принадлежащие Southern Company, делают возможной доставку электроэнергии нашим членам.А начинается все на заводе генерации:

Поколение

Производство электроэнергии начинается на электростанции, где источники топлива, такие как уголь, природный газ или гидроэнергетика, используются для преобразования воды в пар в процессе нагрева. Например, на большинстве угольных электростанций куски угля измельчаются в мелкий порошок и загружаются в установку для сжигания, где они сжигаются. Тепло от горящего угля используется для производства пара, который разводится по всей установке.

Турбины / Генераторы

Поскольку пар представляет собой воду под высоким давлением, он направляется в турбину, где давление заставляет лопасти турбины вращаться с высокой скоростью. Вал соединен между турбиной и генератором. Внутри генератора находится магнитное поле, которое производит напряжение или электричество примерно 15 000 вольт (В). Для удовлетворения потребностей в электроэнергии членов CAEC и потребителей других распределительных кооперативов PowerSouth требуется около 10-12 лет и от 700 до 3 миллиардов долларов, чтобы построить только одну электростанцию.

Передающая подстанция

Мощность высокого напряжения, вырабатываемая генератором, поступает на передающую подстанцию ​​электростанции. Внутри подстанции большие трансформаторы преобразуют напряжение генератора до чрезвычайно высокого напряжения (диапазон 115 000–500 000 В), чтобы он более эффективно передавался по линиям электропередачи на подстанции электропередачи и понижающие подстанции электропередачи.

Линии передачи и полюса

После повышения до соответствующего напряжения питание подается в систему передачи, которая состоит из линий и полюсов, которые полностью или совместно принадлежат PowerSouth.PowerSouth обслуживает более 2200 миль линий электропередачи и более 300 подстанций в Алабаме и Флориде. Планирование и установка нового передающего оборудования может быть долгим и утомительным процессом. Это часто связано с рядом сложных и критических экологических, экономических, социальных и технических вопросов, касающихся окружающей среды, надежности, которые необходимо изучить до принятия решений и выдачи необходимых разрешений (например, воздействия на окружающую среду, права проезда). Изучение и исследование каждой из этих ключевых областей, а также действия по планированию и прогнозированию потребности и размещения передающего оборудования могут занимать 10-20 лет, а на фактическое выполнение может потребоваться еще два-пять лет.

Коммутационная станция

Когда мощность достигает точки подачи, она проходит процесс понижения (или снижения напряжения) на коммутационных станциях. Здесь напряжение 115 000–500 000 В понижается до примерно 115 000–46 000 В перед отправкой в ​​первый компонент распределительной системы — подстанцию ​​- и, в конечном итоге, в ваш дом.

Планирование такой большой системы может занять годы или десятилетия и может стоить миллионы долларов. Например, одна миля линии 115 000 В в сети электропередачи может стоить приблизительно 400 000 долларов — от планирования и разработки до реализации.Когда вы думаете о времени и усилиях, которые требуются, а также об инвестициях, чтобы построить и поддерживать тысячи миль линий для подачи электроэнергии в наши дома, ценность электричества становится гораздо более очевидной.

Энергетика: уголь Вернуться к началу

Вы знаете, сколько угля используется в вашем доме каждый день? Ежегодно средняя семья из четырех человек использует 3375 фунтов угля для водонагревателя; 560 фунтов — плита / плита; 256 фунтов — телевизор; и 37 фунтов — пылесос. Почти половина электроэнергии, используемой в Соединенных Штатах, вырабатывается из угля, а с учетом огромных ресурсов США.У С. этот вид топлива — известно, что его запасы хватит почти на 300 лет — даже используется с той же скоростью, что и сегодня.

Затраты, связанные с использованием угля, включают добычу, транспортировку, производство электроэнергии и контроль выбросов, однако электроэнергия, работающая на угле, остается одним из самых дешевых источников энергии для потребителей. Так как уголь питает ваш дом? Начнем с шахт.

Добыча угля

Есть два основных способа добычи угля: открытая и подземная.Шахтеры добывают уголь из залежей на уровне земли или вблизи нее, используя метод открытой добычи. Наземные бригады удаляют землю, покрывающую уголь, и постепенно извлекают это ископаемое топливо. Затем по закону горняки должны вернуть землю в ее первоначальное или улучшенное состояние, известное как рекультивация. В районах, где залежи угля находятся глубоко под землей, горняки роют туннели в земле и используют один из трех методов: обычную, непрерывную или длинную разработку.

При обычном методе горняк использует длинную электрическую цепную пилу, чтобы разрезать полосу под угольными месторождениями, и это место подвергается взрыву.После того, как взрыв разрыхляет уголь, шахтеры используют погрузочную машину и конвейерную ленту для переноса угля на поверхность земли для дальнейшей обработки. Напротив, при непрерывной разработке и разработке длинных забоев не используются буровые или взрывные работы. С помощью этих процессов уголь соответственно дробится или режется, а затем отправляется на обогатительную фабрику. На обогатительной фабрике рабочие работают с оборудованием для удаления камней и мусора перед промывкой, сортировкой и смешиванием угля перед отправкой.

Шахтеры обладают высокой квалификацией и хорошо обучены использованию сложного современного оборудования.В среднем угольщики работают 40 часов в неделю в холодных, шумных, сырых и темных условиях, а их средняя почасовая оплата составляет 21,57 доллара. В угольной промышленности занято более 300 000 человек.

Транспортировка угля

Уголь в основном транспортируется в США по железной дороге и баржами. Альтернативные способы доставки включают грузовик, конвейер и судно. На железнодорожный транспорт приходится 70 процентов поставок угля на электростанции, что может привести к злоупотреблению рыночной властью (т.е. рост тарифов, низкое качество и ненадежный сервис), вызванные отсутствием конкуренции. С 2004 года ряд кооперативов по производству и передаче электроэнергии сообщили, что их железнодорожные перевозчики требуют 100-процентного повышения ставок по истечении срока их существующих контрактов.

Электростанция Чарльза Р. Лоумена

PowerSouth (наш поставщик электроэнергии), расположенная недалеко от Лероя, штат Алабама, принимает уголь размером с мяч для гольфа на баржах на реке Томбигби и по железной дороге. По мере того, как уголь выгружается на конвейер, уголь перемещается в большую складскую штабель, достаточно большую, чтобы обеспечить двухмесячный спрос.

Завод Lowman может хранить до 250 000 тонн угля. Учитывая высокий спрос, установка может сжигать до 5000 тонн в день, когда потребители потребляют много электроэнергии. Следующим шагом в этом процессе является преобразование угля в электричество.

Преобразование угля в электроэнергию

Производство электроэнергии на угле — это процесс производства электроэнергии из энергии (углерода), хранящейся в угле. Процесс преобразования угля в электричество состоит из нескольких этапов:

1.Машина, называемая пульверизатором (показанная ниже), измельчает уголь в мелкий порошок.

2. Угольный порошок смешивается с горячим воздухом, что помогает ему гореть более эффективно. Вентиляторы первичного воздуха продувают смесь по угольным трубам в топку.

3. Горящий уголь нагревает воду в котле, образуя пар.

4. Пар из котла вращает лопасти турбины, преобразуя тепловую энергию горящего угля в механическую энергию, которая вращает турбину.

5.Вращающаяся турбина используется для питания генератора, машины, которая превращает механическую энергию в электрическую. Это происходит, когда магниты вращаются внутри медной катушки в генераторе.

6. Конденсатор охлаждает пар после его выхода из турбины. Когда пар конденсируется, он снова превращается в воду.

7. Вода перекачивается обратно в бойлер, и цикл начинается снова.

Произведенная электроэнергия затем начинает свой путь к вашему дому через систему передачи, как описано выше.Хотя основной процесс преобразования угля в электричество не изменился за 60 лет, достижения в технологии удаления выбросов привели к созданию более чистого угля.

Технология «Чистый уголь»

Чистые угольные технологии делятся на четыре основные категории: промывка угля, контроль загрязнения существующих электростанций, эффективные технологии сжигания и экспериментальный улавливание и хранение углерода. Исследования и разработки за последние два десятилетия привели к созданию более 20 новых, более дешевых и экологически чистых угольных технологий.Фактически, PowerSouth инвестировала около 400 миллионов долларов в модернизацию оборудования на заводе Lowman для снижения выбросов диоксида серы, оксида азота и ртути. Три угольных энергоблока Лоумена могут производить 556 мегаватт (этого достаточно для питания 300 000 домов и предприятий) за счет сжигания примерно 1,5 миллиона тонн угля в год. За счет интеграции усовершенствованных скрубберов выбросы диоксида серы были сокращены примерно на 92,5 процента (200 000 тонн в сумме), а выбросы оксида азота уменьшены примерно на 80 процентов (18 000 тонн), при этом достигнута дополнительная выгода от снижения содержания ртути при использовании в сочетании со скрубберами. .

Хотя другие страны не контролируют свои выбросы от угля, более чистые угольные технологии помогают снизить выбросы загрязняющих веществ здесь, в США

Производство электроэнергии: природный газ Вернуться к началу

Когда вы думаете об электричестве, вы можете не думать о природном газе, но этот ресурс играет жизненно важную роль в производстве вашей энергии. Природный газ — это топливо, которое требует минимальной обработки, чтобы его можно было использовать в промышленных целях. Он имеет высокую теплотворную способность или содержание Btu и содержит мало примесей по сравнению с некоторыми другими ископаемыми видами топлива.В электроэнергетике исторически природный газ использовался для электростанций промежуточного и пикового режима или станций, которые включались в «пиковые» периоды использования, например, холодным зимним утром или жарким летним днем, когда большая часть населения использует большую нагрузку на электроэнергию. . В последние годы природный газ все больше и больше используется для выработки электроэнергии при базовой нагрузке.

От разведки и открытия до производства электроэнергии, прежде чем природный газ можно будет преобразовать в электричество, необходимо пройти несколько этапов — от определения местоположения ресурса до его полного использования, вы поймете роль природного газа в обеспечении электроэнергией вашего дома.

Разведка

Природный газ находится под землей в месторождениях. Чтобы сделать обоснованные предположения о местонахождении этих месторождений, нужны геологи и геофизики, а также использование технологий. Этот процесс может занять от двух до 10 лет. Геологи обычно начинают с геологических изысканий на поверхности земли, ища характеристики, указывающие на залежи природного газа.

После определения вероятных областей геологи используют такое оборудование, как сейсмографы (аналогичные тем, которые используются для регистрации колебаний землетрясений), магнитометры (для регистрации магнитных свойств) и гравиметры (для измерения гравитационных полей), чтобы исследовать состав земли внизу и определять если окружающая среда благоприятна для залежей природного газа.Если эти тесты положительны, затем выкапываются разведочные скважины, что позволяет геологам воочию увидеть характеристики подземных вод и подтвердить наличие отложений.

Добыча

После подтверждения высокой вероятности залежей газа в этом районе бурильщики начинают трехнедельный 24-часовой процесс раскопок (в некоторых случаях на глубине более 20 000 футов ниже поверхности земли) этих участков — где все еще нет 100-процентной уверенности в том, что месторождения природного газа существуют.

Бурильщики используют два метода: ударное бурение, которое заключается в поднятии и опускании тяжелого металлического долота в землю с образованием ямы; или роторное бурение, при котором для копания используется острое вращающееся долото (очень похожее на ручную дрель). Роторный метод — это, по большей части, наиболее распространенная форма бурения на сегодняшний день. Если находится природный газ, строится скважина; если природный газ не обнаружен, участок или «сухая скважина» очищается, и процесс поиска природного газа начинается снова.Например, с 1995 по 2005 год 60 процентов скважин, пробуренных на природный газ, считались сухими.

При обнаружении отложений открывается канал на поверхность, и, поскольку природный газ легче воздуха, сжатый газ поднимается на поверхность практически без помех. В некоторых случаях электрический заряд посылается в колодец, разрушая скалу вокруг него. После того, как заряды установлены, жидкость для гидроразрыва под высоким давлением, состоящая на 99,51% из воды и песка, направляется в скважину, которая дополнительно разрушает породы, выделяя природный газ.Поскольку газ легче раствора, он поднимается к верху скважины для улавливания. После извлечения из скважины газ проходит по сети трубопроводов для обработки и обработки.

Обработка

Природный газ, используемый в домах, сильно отличается от необработанного природного газа, который поступает из земли. Газ направляется на перерабатывающие предприятия, где извлекаются избыточная вода, жидкости, сера, диоксид углерода и углеводороды, в результате чего получается чистый природный газ.

Прибытие на электростанцию ​​

Обработанный газ поступает на электростанцию ​​по магистральному газопроводу. Эта труба соединяется с газовым двором электростанции, где фильтры дополнительно удаляют примеси, а вся избыточная влага (например, вода или жидкие углеводороды) собирается и удаляется. Газовые станции также кондиционируют газ для оборудования, используемого в производстве электроэнергии, путем регулирования давления в соответствии с проектными требованиями турбины внутреннего сгорания (см. Параграф ниже). Природный газ должен оставаться в «газообразном состоянии», а не конденсироваться в капли жидкости.Если природный газ конденсируется в виде углеводородов в более концентрированной форме, это может вызвать повреждение внутреннего оборудования. Один из методов, используемых для поддержания требуемого газообразного состояния, — это газовые нагреватели, которые помогают поддерживать температуру природного газа выше точки росы.

Турбины внутреннего сгорания / Генератор

Достигнув необходимого давления и температуры, газ попадает в турбину внутреннего сгорания, которая очень похожа на реактивный двигатель. В сочетании со сжатым воздухом, генерируемым в передней части двигателя (также известной как камера сгорания), сжигание природного газа вызывает вращение лопаток турбины.Турбина соединена с генератором через вал. Этот вал заставляет генератор вращаться и преобразует механическую энергию в электрическую, используя магниты и медную проволоку для создания электрического заряда. Затем эта мощность передается на повышающий трансформатор и распределительную станцию ​​электростанции перед подачей в систему передачи.

Система комбинированного цикла природного газа

После того, как турбина сжигает природный газ, можно производить больше энергии за счет использования системы комбинированного цикла.Эта система забирает тепло выхлопных газов турбины (от 900 до 1150 ° F) и отправляет его в парогенератор-утилизатор (HRSG).
HRSG забирает отработанные горячие газы и использует их для преобразования воды в пар. Затем этот пар направляется в паровую турбину, которая, как и турбина внутреннего сгорания, подключена к генератору для выработки электроэнергии. Пар направляется в конденсатор, который охлаждает пар, превращая его обратно в воду, где он повторно используется в HRSG, и процесс вода / пар повторяется.

Производство электроэнергии: гидроэнергетика Вернуться к началу

В раннем возрасте нас учили, что вода и электричество несовместимы. Как бы то ни было, знаете ли вы, что вода используется для выработки электроэнергии? Звучит странно, но одним из старейших источников, используемых для производства энергии, который существует уже сотни лет, является гидроэнергетика — вода используется для питания машин или производства электроэнергии.

Соединенные Штаты являются четвертым по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире после Китая, Канады и Бразилии.Гидроэнергетика — крупнейший возобновляемый источник энергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах. В 2013 году на гидроэнергетику приходилось примерно шесть процентов от общего объема производства электроэнергии в США и 52 процента от всех возобновляемых источников энергии. Общая мощность гидроэлектроэнергии в США составляет около 100000 мегаватт (МВт), обеспечивая электроэнергией более 28 миллионов американских домов. Кроме того, в США гидроэнергия производится в среднем по 7 центов за киловатт-час (кВт-ч) по сравнению с другими средними показателями возобновляемой энергии, такими как ветер — 18 центов за кВт-ч, солнечная энергия — 13 центов за кВт-ч и биомасса — 10 центов за кВт-ч. .

Гидроэнергетика стала широко использоваться в начале 1880-х годов, когда была разработана технология передачи электроэнергии на большие расстояния.

• Плотина — Большинство гидроэлектростанций опираются на плотину, которая задерживает воду, создавая большой резервуар.
• Водозаборник — Затворы на плотине открываются, и сила тяжести тянет воду через напорный шток, трубопровод, который ведет к турбине. Вода создает давление, когда течет по этой трубе.
• Турбина — Вода ударяется и вращает большие лопасти турбины, которая прикреплена к генератору над ней посредством вала.Современные гидротурбины могут преобразовывать до 90 процентов доступной энергии в электричество.
• Генераторы — Когда лопасти турбины вращаются, то же самое происходит с рядом электромагнитов на вращающейся части генератора. Гигантские магниты вращаются мимо медных катушек, создавая электричество. После того, как генераторы вырабатывают электричество, оно передается на электрическую подстанцию, а затем передается в ваш дом.
• Отток — Отработанная вода сбрасывается из турбины и иногда проходит по трубопроводам (отводам) и снова попадает в реку вниз по течению.

Вода в резервуаре считается запасенной энергией. Уровень резервуара над турбиной называется «напором» и определяет величину давления и объема, доступного для выработки электроэнергии. Чем больше напор, тем больше доступной энергии для производства электроэнергии. Когда ворота открыты, вода, протекающая через затвор, становится кинетической энергией, потому что находится в движении. Вращающаяся турбина, в свою очередь, приводит в движение генератор.

Энергетика: атомная промышленность Вернуться к началу

Пока Америка ищет решения в области экологически чистой энергии, существует одна форма эффективного производства чистой энергии, которую наша страна не исследовала последние 57 лет — ядерная.По сравнению с другими странами, которые с большей готовностью используют ядерную энергию, в США в настоящее время имеется только 62 действующих в коммерческих целях атомных электростанций со 100 ядерными реакторами в 31 государстве. На каждой атомной электростанции обычно работает от 400 до 700 человек.

Несмотря на то, что ядерная энергия эффективна, требуется много шагов, чтобы превратить ее в пригодную для использования форму энергии для вашего дома. Ниже мы рассмотрим, что нужно для использования топлива, такого как уран, и его преобразования в энергию для вашего дома.

Горное дело

Производство ядерной энергии начинается в шахтах, где горняки ищут урановую руду, которая служит топливом для производства ядерной энергии.Для получения этого химического элемента уранодобывающие компании используют несколько методов: открытая (открытый), подземная добыча и добыча методом подземного выщелачивания. Подземная добыча урана требует тех же основных шагов, что и для любого другого типа добычи, например угля.

Фрезерный

После того, как урановая руда удалена из грунта d, она должна быть обработана «измельчением», которое включает в себя последовательность этапов физической и химической обработки. Конечный продукт помола образует желтый кек (названный из-за его порошкообразной текстуры и желтоватого цвета).

Преобразование и обогащение

Бочки с желтым кеком должны пройти еще один процесс, чтобы превратиться в топливо, которое можно использовать на электростанциях. Природный уран состоит из двух типов: U-235 и U-238. Только U-235 может использоваться для производства энергии, но он составляет менее 1 процента природного урана. Таким образом, для использования урана в качестве топлива на атомной электростанции диапазон U-235 должен быть повышен или «обогащен» до газообразного состояния.

Чтобы понять, как работает обогащение, представьте молекулы газа в виде частиц песка, взвешенных в воздухе. Все молекулы одна за другой проходят через тысячи фильтров или сит. Поскольку более легкие частицы U-235 движутся быстрее, чем более тяжелые частицы U-238, большее их количество проникает через каждое сито. По мере прохождения большего количества сит концентрация U-235 увеличивается. Процесс продолжается до тех пор, пока концентрация U-235 не будет повышена или обогащена до 3-5 процентов.

Производство топлива

Однако, прежде чем его можно будет превратить в ядерное топливо, обогащенный фторид урана в газообразном состоянии превращается в диоксид урана — твердое вещество.Затем его прессуют в керамические шарики размером с кончик мизинца человека. Топливные таблетки вставляются и складываются встык в тонкие, жаропрочные металлические трубки или топливные стержни, размер которых может варьироваться от 12 до 17 футов в высоту. Топливные стержни объединяются в пучки твэлов, и в среднем в каждую активную зону реактора загружается 157 пучков твэлов (каждый весом примерно 1450 фунтов). По мере того, как U-235 истощается, процесс деления или расщепления атомов замедляется, поэтому требуется замена топливных пучков каждые 18-24 месяца.

Производство электроэнергии

Когда пучки твэлов помещаются в реактор, происходит процесс расщепления атомов урана, когда они бомбардируются свободными нейтронами — также известный как деление, — который создает энергию, которая выделяется в виде тепла. Однако управляющие стержни, изготовленные из химического элемента бора, помещаются в пучки твэлов, чтобы замедлить или полностью остановить деление атомов урана, давая электростанции возможность точно контролировать количество выделяемого тепла.

Тепло, выделяемое при делении, направляется в реактор с водой под давлением (PWR), где он нагревает воду до 500 ° F, но не дает ей закипеть, как в скороварке. Затем парогенераторы забирают речную воду и направляют ее в трубы, содержащие воду, нагретую PWR, для преобразования речной воды в пар. Затем пар направляется в турбины, чтобы начать процесс производства электроэнергии. Затем пар выпускается через градирни.

Выбытие

В год типичная атомная электростанция производит 20 метрических тонн отработанного ядерного топлива.Атомная промышленность производит в общей сложности около 2000 метрических тонн отработанного топлива в год. За последние четыре десятилетия вся отрасль произвела около 60 000 метрических тонн отработанного ядерного топлива. Если бы использованные тепловыделяющие сборки были уложены встык и бок о бок, это покрыло бы футбольное поле глубиной около семи ярдов. Большинство американских атомных электростанций хранят отходы либо в сухом хранилище, либо в бассейне для отработавшего топлива. Поскольку вода является естественным радиационным барьером, отработавшее топливо загружается в герметичные стальные или железобетонные контейнеры, известные как контейнеры, а затем осторожно доставляется в облицованный сталью бетонный бассейн с водой для хранения.

Сухое хранение на месте осуществляется аналогичным образом: отработанное топливо помещается в бетонные и стальные контейнеры, которые устанавливаются на специальной площадке. Каждая бочка может весить 300 000 фунтов и достаточно прочна, чтобы выдержать удар быстро движущегося грузовика или даже поезда без каких-либо повреждений.

Другие страны, такие как Япония, Россия и страны Европы, перерабатывают отработавшее ядерное топливо путем отделения урана и плутония от отходов топливных стержней, а затем повторно обогащают восстановленный уран для повторного использования в качестве топлива.

Безопасность прежде всего

АЭС США хорошо спроектированы, обслуживаются обученным персоналом, защищены от нападения и подготовлены в случае возникновения чрезвычайной ситуации. В дополнение к резервным системам, которые контролируют и регулируют то, что происходит внутри реактора, атомные электростанции США также используют ряд физических барьеров для предотвращения утечки радиоактивного материала. Все, от топливных таблеток до топливных стержней, заключено в материалы, ограничивающие радиационное воздействие. Все эти предметы содержатся в массивной железобетонной конструкции, называемой защитной оболочкой, со стенами толщиной четыре фута.Отсутствие защитной конструкции — вот что привело к выходу из строя Чернобыльской АЭС в России, чего не может произойти в Соединенных Штатах, поскольку все станции должны иметь защитные конструкции и другие средства безопасности.

Для выработки электроэнергии, произведенной с помощью ядерной энергии, требуется много шагов. Однако ядерная энергетика позволяет нам иметь чистый альтернативный источник энергии. Если принять во внимание процесс планирования, который включает в себя метеорологические, сейсмические исследования и исследования населения, то на строительство атомной станции, от планирования до эксплуатации, может уйти до 10-15 лет.Но при этом эффективный источник энергии может доставить электроэнергию в ваш дом.

Электроэнергетика: возобновляемые источники энергии Наверх

Благодаря современным технологиям каждый день используются новые источники энергии. Возобновляемая энергия также называется «чистой» или «зеленой» энергией, потому что она практически не имеет выбросов и может быть восполнена за короткий период времени. Чаще всего используются четыре возобновляемых источника: ветер, солнечная фотоэлектрическая энергия, геотермальная энергия и биомасса. Гидроэнергетика также является возобновляемым ресурсом, о чем говорилось выше.

Развитие возобновляемых источников энергии для коммерческого использования в зоне обслуживания CAEC, в том числе ветровой, солнечной, геотермальной энергии и биомассы, считается экономически нецелесообразным по сравнению с более традиционными вариантами. Тем не менее, давайте посмотрим на процесс генерации этих природных топливных ресурсов.

Ветер

Ветряные машины (также называемые ветряными турбинами) используют лопасти для сбора кинетической энергии ветра. Когда дует ветер, он обтекает лопасти, создавая подъемную силу, как на крыльях самолета, заставляя их вращаться.Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор.

Стоимость коммерческих ветряных турбин варьируется от 1 до 2 миллионов долларов за мегаватт (МВт) установленной мощности. На разработку проектов может уйти более семи лет, из которых 2,5 года находятся на стадии планирования. Одна турбина мощностью 1 МВт, работающая с производительностью 45 процентов, будет вырабатывать около 3,9 миллиона киловатт (кВт) электроэнергии в год, удовлетворяя потребности примерно 500 домашних хозяйств в год. Однако средний оборот ветряной турбины составляет примерно 25 процентов.В США в ветроэнергетике занято около 85 000 человек.

Основная проблема использования ветра в качестве источника энергии заключается в том, что ветер непостоянен и не всегда дует, когда требуется электричество. Энергия ветра не может быть сохранена, и не все ветры можно использовать для удовлетворения потребностей в электроэнергии. Жизнеспособность ветряного проекта в нашем районе еще больше затрудняется из-за более высоких затрат на строительство морских установок и риска разрушения ветряной электростанции из-за ураганных ветров, которые иногда встречаются на наших южных побережьях.

Многие потенциальные ветряные электростанции, на которых ветряная энергия может производиться в больших масштабах, должны располагаться в местах, удаленных от населенных пунктов, где требуется энергия. Это ставит ветроэнергетику в невыгодное положение с точки зрения затрат на новые подстанции и линии электропередачи.

Солнечная

Солнечная энергия преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрических (PV) устройств или «солнечных батарей». Солнечная энергия (тепло) кипятит воду; пар приводит в движение турбину; турбина вращает обычный генератор, который затем вырабатывает электроэнергию.Строительство солнечной электростанции мощностью 10 гигаватт (ГВт) обойдется примерно в 100 миллиардов долларов, а для электростанции мощностью 500 мегаватт (МВт), которая может обеспечить электроэнергией 100000 домашних хозяйств, потребуется 4000 акров, тогда как для установки на природном газе мощностью 500 МВт потребуется 40 акров и угольная фабрика 300 соток. В нашем районе солнечная энергия будет обеспечивать около 15 процентов необходимой энергии за 24 часа, а в оставшееся время потребуется еще один источник топлива.

Геотермальная

Электростанции производят геотермальную энергию, используя сухой пар земли или горячую воду, получаемую при рытье колодцев.Либо сухой пар, либо горячая вода выводится на поверхность по трубам и перерабатывается в электроэнергию на электростанции. Поскольку геотермальные электростанции используют меньшие участки земли, стоимость земли обычно ниже, чем у других электростанций.

Geothermal — это ресурс базовой нагрузки, доступный 24 часа в сутки, каждый день в году. Он не зависит от погодных условий и не требует затрат на топливо. Однако бурение геотермальных резервуаров и их поиск может быть дорогостоящей задачей. Первоначальная стоимость месторождения и электростанции составляет около 2500 долларов за установленный кВт в США.S., и даже от 3000 до 5000 долларов за небольшую электростанцию ​​мощностью менее 1 МВт. Бурение каждой наблюдательной скважины может сильно различаться в зависимости от геологических и других условий. Геотермальная энергия очень специфична для конкретной местности, и наряду с теплом, исходящим от земли, в процессе также могут рассеиваться токсичные химические вещества.

Соединенные Штаты вырабатывают в среднем 15 миллиардов киловатт-часов (кВт-ч) геотермальной энергии в год, а электростанции сосредоточены в основном в западной части страны.

Биомасса

Энергия биомассы включает свалочный метан, древесные отходы, побочные продукты сельского хозяйства и этанол. Сегодня большая часть электроэнергии из биомассы вырабатывается с использованием парового цикла. В этом процессе биомасса сжигается в котле для получения пара. Затем пар вращает турбину, которая соединена с генератором, вырабатывающим электричество.

Из этих ресурсов метановый газ со свалок имеет самый высокий потенциал для производства электроэнергии из возобновляемых источников на юго-востоке страны.Для высвобождения метана из разлагающихся отходов собирают газ с помощью ряда скважин, стратегически расположенных по всей территории полигона. Скважины соединены серией труб, ведущих к трубам большего размера, по которым газ доставляется на завод, вырабатывающий электричество из возобновляемых видов топлива. Вся система трубопроводов находится под вакуумом, создаваемым воздуходувками на объекте, в результате чего свалочный газ выходит из скважин. Как только нагнетатели подают газ на завод, двигатели внутреннего сгорания используют газ в качестве топлива и вращают генераторы для производства электроэнергии.

Преобразование свалочного газа (LFG) в электричество снижает выбросы метана, парникового газа в 23 раза более сильного, чем углекислый газ. По состоянию на июль этого года в США действовало около 636 энергетических проектов по производству свалочного газа (80 из которых связаны с электрическими кооперативами), в результате чего в 2013 году было произведено почти 16 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. В Алабаме существует пять действующих проектов: Болдуин, Джексон, Монтгомери, Морган и Сент-Клер.

CAEC в настоящее время предлагает своим членам возможность использовать эту возобновляемую альтернативу с программой Green Power Choice, партнерством между PowerSouth (наш кооператив по производству и передаче электроэнергии) и Waste Management.В рамках этого проекта электричество вырабатывается из метана, производимого на региональной полигоне Спрингхилл в Кэмпбеллтоне, штат Флорида. Покупка двух блоков зеленой энергии в месяц в течение года приравнивается к переработке 480 фунтов алюминия (15 322 банки) или переработке 1766 фунтов алюминия. газета. Блоки состоят из 100 киловатт-часов (кВтч) электроэнергии и могут быть включены в счет за электроэнергию по цене 2 доллара за блок.

Новое энергетическое будущее будет опираться на несколько источников энергии. И хотя возобновляемые источники энергии будут играть ключевую роль в нашем энергетическом будущем, они не могут удовлетворить растущий спрос на электроэнергию в одиночку.Безопасное и надежное энергетическое будущее должно включать сочетание передовых экологически чистых источников угля, ядерной энергии, природного газа и возобновляемых источников энергии.

Выработка электроэнергии в вашем доме — Как работают электросети

И, наконец, мы подошли к проводу, который подводит электричество к вашему дому! Мимо типичного дома проходит ряд столбов с одной фазой питания (на 7200 вольт) и заземляющий провод (хотя иногда на полюсе может быть две или три фазы, в зависимости от того, где находится дом в распределительной сети).В каждом доме есть барабан трансформатора , прикрепленный к столбу.

Во многих пригородных районах линии распределения проходят под землей , и в каждом или двух домах есть зеленые трансформаторные коробки.

Задача трансформатора — снизить напряжение 7200 вольт до 240 вольт , что обеспечивает нормальное бытовое электроснабжение. Давайте еще раз посмотрим на этот столб снизу, чтобы увидеть, что происходит:

• Обратите внимание, что по полюсу проходит оголенный провод.Это заземляющий провод. У каждой опоры на планете есть один. Если вы когда-нибудь наблюдали, как энергетическая компания устанавливает новую опору, вы увидите, что конец этого оголенного провода прикреплен в виде катушки к основанию опоры и, следовательно, находится в прямом контакте с землей, протяженностью от 6 до 10 футов (1,8 м). до 3 метров) под землей. Это хорошее надежное заземление. Если вы внимательно осмотрите столб, вы увидите, что заземляющий провод, проходящий между полюсами (и часто оттяжки, идущие с боков), прикреплен к этому прямому соединению с землей.
• Два провода выходят из трансформатора и три провода идут в дом. Два от трансформатора изолированы, а третий — голый. Оголенный провод — это провод заземления. На каждый из двух изолированных проводов подается 120 вольт, но они сдвинуты по фазе на 180 градусов, поэтому разница между ними составляет 240 вольт. Такое расположение позволяет домовладельцу использовать приборы как на 120, так и на 240 вольт. Трансформатор имеет такую ​​конфигурацию проводов:
,

,

. 240 Вольт поступает в ваш дом через счетчик ватт-часов , который измеряет ваше потребление электроэнергии, поэтому энергетическая компания может взимать с вас плату за прокладку всех этих проводов.Раньше считыватели счетчиков периодически проверяли ваш счетчик, чтобы записать ваше использование. В рамках национального обновления технологии интеллектуальных сетей миллионы бытовых счетчиков были заменены на интеллектуальных счетчика , которые напрямую связываются с энергокомпанией. Утилита может не только удаленно считывать данные с вашего счетчика, но и мгновенно получать уведомления в случае отключения электроэнергии, что сокращает время восстановления [источник: DOE].

Как повышающие и понижающие трансформаторы помогают в домах электроснабжения

Повышающие и понижающие трансформаторы хорошо известны тем, что изменяют источник переменного напряжения для питания различных типов промышленных и бытовых электроприборов.

Повышающие трансформаторы могут использоваться для таких компонентов, как обратные электронно-лучевые трубки и катушки запуска люминесцентных ламп. Понижающие трансформаторы используются в таких устройствах, как стереосистемы, проигрыватели компакт-дисков и адаптеры для мобильных телефонов. Однако знаете ли вы, что оба типа трансформаторов ежедневно используются для электроснабжения домов по всей стране? Это сообщение в блоге содержит информацию об этом конкретном приложении.

Как национальная сеть производит и передает электроэнергию?

Обычно электростанции сжигают топливо для производства электроэнергии.Когда ток течет по проводу, основным источником потерь энергии является тепло. Высокие токи приводят к высокому потреблению энергии. По этой причине, чтобы уменьшить эти потери энергии, национальная сеть всегда передает электроэнергию с очень низким током и очень высоким напряжением.

Обычно электростанции вырабатывают электроэнергию в среднем 25 000 В, которую необходимо передавать по стране по кабелям. Однако электричество должно подаваться при высоком напряжении от 275 000 В до 132 000 В.Этот огромный скачок напряжения снижает потери энергии при передаче энергии. Повышающие / понижающие трансформаторы используются для выработки напряжения, а также для уменьшения потерь энергии на этапе передачи энергии.

Как повышающие / понижающие трансформаторы поддерживают национальную сеть

Повышающие трансформаторы используются на центральных электростанциях. Они позволяют станциям повышать напряжение до необходимого уровня для выработки электроэнергии. Затем электричество передается по линиям электропередач.Однако высокое напряжение очень опасно для коммерческого или жилого использования. Когда напряжение достигает местных электростанций, используются понижающие трансформаторы для снижения напряжения до безопасного уровня. Затем электричество подается в промышленные, жилые и коммерческие районы.

Повышающие / понижающие трансформаторы необходимы для создания и поддержания напряжения для обеспечения электричеством. Они также гарантируют, что электричество легко доставлено в массы и безопасно в использовании.

Как повышающие и понижающие трансформаторы помогают в энергетических домах Последнее изменение: 10 января 2020 г., автор: gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, опытный в исследованиях и оценке , тестирование и поддержка различных технологий.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Как работают трансформаторы в электроэнергетике

Том Тейт
Если бы вас попросили описать систему вашего электрического кооператива, вы могли бы сказать: «Столбы, провода и эти круглые серые штуки.«Круглые серые вещи? Так часто описываются трансформаторы, элементы оборудования, имеющие решающее значение для преобразования электроэнергии в напряжение, безопасное для использования в домах и на предприятиях. Итак, как они работают?

Во-первых, трансформеры совсем не похожи на творения киноэкрана. Они не превращаются из транспортных средств в невероятных боевых роботов. Вместо этого они преобразуют напряжение проходящего через них электричества.

Вот как они работают: электричество теряет напряжение при передаче из-за сопротивления проводов и других компонентов.В результате для компенсации этих «потерь в линии», как их называют электроэнергетические компании, используются более высокие напряжения. Все начинается на электростанции. Там генераторы вырабатывают электроэнергию при высоком напряжении и используют трансформаторы для повышения этого напряжения. Например, в Колорадо компания Tri-State Generation and Transmission — поставщик электроэнергии для 43 некоммерческих электроэнергетических кооперативов и государственных энергетических округов в Колорадо, Небраске, Нью-Мексико и Вайоминге — иногда регулирует выработку электроэнергии до 345000 вольт.Поскольку электростанции находятся далеко, эти напряжения необходимы, чтобы выдержать переход системы туда, где они необходимы.

Линии электропередачи соединяются с подстанциями, заполненными трансформаторами и другим оборудованием управления. Здесь трансформаторы понижают напряжение до более безопасного и управляемого уровня. В зависимости от расстояния до самого дальнего элемента и количества обслуживаемой нагрузки, напряжения распределения могут находиться в диапазоне от 7200 до 24900 вольт. Еще пара понижений, и в ваш дом поступит электричество 120/240 вольт.Это сильно отличается от исходного напряжения.

Независимо от формы и размера трансформатора, все они работают одинаково. Трансформаторы имеют две стороны: сторону высокого напряжения и сторону низкого напряжения. При нормальной работе электричество поступает в трансформатор на стороне высокого напряжения, где оно попадает в катушку с проводом, обычно намотанную на железный сердечник. Когда электричество проходит через эту катушку, оно создает магнитное поле, которое «индуцирует» напряжение в другой катушке. Здесь происходит магия (или физика) трансформации.Каждая катушка имеет разное количество витков. Чем больше количество витков, тем выше напряжение. Катушка на высокой стороне будет иметь больше витков, чем катушка на низкой стороне. В результате наведенное на стороне низкого напряжения напряжение меньше. Затем происходит трансформация.

Трансформаторы

могут использоваться не только в коммунальных службах. Их можно найти повсюду в нашей повседневной жизни, даже если они не так очевидны, как в системе вашего электрического кооператива. Лучшим примером является зарядное устройство, которое поставляется со всеми сотовыми телефонами и многими другими электрическими устройствами.Эти маленькие родственники сетевых трансформаторов в основном выполняют ту же функцию. Зарядка сотового телефона напряжением 120 вольт мгновенно сожжет его. Итак, зарядное устройство преобразует напряжение в более терпимый постоянный ток. Найдите минутку, чтобы осмотреть свой дом и увидеть, сколько у вас этих миниатюрных трансформеров. Вы можете быть удивлены.

Важно отметить, что трансформаторы работают в обоих направлениях. Электричество, поступающее со стороны низкого уровня, повышается до напряжения стороны высокого напряжения.Вот почему электрические кооперативы обучают своих членов правильному подключению бытовых генераторов. Генератор, подающий 240 вольт в жилой трансформатор, будет производить любое напряжение, на которое трансформатор рассчитан на другой стороне, создавая смертельный риск для линейных бригад и ваших соседей, поэтому ваш кооператив просит вас подключить генераторы в соответствии с рекомендации производителя. Всегда лучше перестраховаться.

Том Тейт пишет по вопросам кооперации для Национальной ассоциации сельских электрических кооперативов.

Трансформатор

— Источник питания | Схемы переменного тока

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Силовой трансформатор, 120 В переменного тока, понижающий до 12 В переменного тока, с вторичной обмоткой с центральным отводом (каталог Radio Shack № 273-1365, 273-1352 или 273-1511).
• Клеммная колодка минимум с тремя выводами.
• Вилка и шнур для бытовой розетки.
• Переключатель сетевого шнура.
• Коробка (опционально).
• Предохранитель и держатель предохранителя (опция).

Силовые трансформаторы можно получить из старых радиоприемников, которые обычно можно приобрести в комиссионном магазине за несколько долларов (или меньше!). Радио также предоставит шнур питания и вилку, необходимые для этого проекта. Выключатели сетевого шнура можно приобрести в хозяйственном магазине.

Если вы хотите быть абсолютно уверены в том, какой трансформатор вы получаете, вам следует приобрести его в магазине электроники.

Если вы решите оснастить свой блок питания предохранителем, обязательно приобретите плавкий предохранитель или с задержкой срабатывания .Трансформаторы могут потреблять высокие «импульсные» токи при первоначальном подключении к источнику переменного тока, и эти переходные токи приведут к срабатыванию быстродействующего предохранителя.

Определите надлежащий номинальный ток предохранителя, разделив номинальную мощность трансформатора «ВА» на 120 вольт: другими словами, рассчитайте полный допустимый ток первичной обмотки и соответственно выберите размер предохранителя.

ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 2, глава 1: «Основы теории переменного тока»

Уроки электрических цепей , том 2, глава 9: «Трансформаторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Для определения поведения при понижении напряжения трансформатора.
• Для определения назначения обмоток с ответвлениями.
• Для иллюстрации методов безопасной разводки шнуров питания.

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Внимание! Этот проект предполагает использование опасных напряжений. Убедитесь, что все провода высокого напряжения (120 В бытовой электросети) надежно изолированы от случайного контакта.На «первичной» стороне цепи трансформатора не должно быть оголенных проводов.

Не забудьте припаять все соединения проводов так, чтобы они были надежными, и используйте настоящую изоленту (не изоленту, скотч, упаковочную ленту или любой другой вид!) Для изоляции паяных соединений.

Если вы хотите поместить трансформатор в коробку, вы можете использовать электрическую «распределительную» коробку, которую можно приобрести в хозяйственном магазине или в магазине электроснабжения. Если используемый корпус металлический, а не пластиковый, следует использовать трехконтактную вилку с заземляющим контактом (самый длинный на вилке), подключенным непосредственно к металлическому корпусу для максимальной безопасности.

Перед тем, как вставить вилку в розетку, выполните проверку безопасности с помощью омметра. Установите сетевой выключатель в положение «включено» и измерьте сопротивление между контактом вилки и корпусом трансформатора. Должно быть бесконечное (максимальное) сопротивление.

Если измеритель регистрирует обрыв (некоторое значение сопротивления меньше бесконечности), то между одним из проводов питания и корпусом имеется короткое замыкание, что опасно!

Далее проверьте сами обмотки трансформатора на целостность.Когда линейный переключатель находится в положении «включено», между двумя контактами вилки должно быть небольшое сопротивление. Когда переключатель находится в положении «выключено», показание сопротивления должно увеличиваться до бесконечности (разомкнутая цепь — отсутствие целостности).

Измерьте сопротивление между парами проводов на вторичной стороне. Эти вторичные обмотки должны иметь гораздо меньшее сопротивление, чем первичные. Почему это?

Вставьте шнур в розетку и включите выключатель. Вы должны иметь возможность измерять напряжение переменного тока на вторичной стороне трансформатора между парами клемм.Между двумя из этих клемм вы должны измерить около 12 вольт.

Между любым из этих двух выводов и третьим выводом вы должны измерить половину этого значения. Этот третий провод является проводом вторичной обмотки «отвода от центра».

Было бы желательно сохранить этот проект в собранном виде для использования в других экспериментах, показанных в этой книге. С этого момента я буду обозначать этот «низковольтный источник питания переменного тока», используя эту иллюстрацию:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки v1 1 0 ac 120 sin rbogus1 1 2 1e-3 l1 2 0 10 l2 5 4 0.025 l3 4 3 0,025 k1 l1 l2 0,999 k2 l2 l3 0,999 k3 l1 l3 0,999 rbogus2 3 0 1e12 rload1 5 4 1k rload2 4 3 1k * Устанавливает анализ переменного тока при 60 Гц: .ac lin 1 60 60 * Печатает первичное напряжение между узлами 2 и 0: .print ac v (2,0) * Печатает (вверху) вторичное напряжение между узлами 5 и 4: .print ac v (5,4) * Печатает (внизу) вторичное напряжение между узлами 4 и 3: .print ac v (4,3) * Печатает (общее) вторичное напряжение между узлами 5 и 3: .print ac v (5,3) .end 

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Передача электроэнергии

Электроэнергия часто вырабатывается на большом расстоянии от места использования и передается на большие расстояния по линиям электропередач.Хотя сопротивление короткой линии электропередачи относительно низкое, на большом расстоянии сопротивление может стать значительным. Линия питания с сопротивлением R вызывает потерю мощности I ² R ; это тратится как тепло. Таким образом, за счет уменьшения тока потери I ² R могут быть минимизированы.

Энергетические компании используют повышающие трансформаторы для повышения напряжения до сотен кВ перед его передачей по линии электропередачи, уменьшая ток и сводя к минимуму потери мощности в линиях электропередачи.На другом конце используются понижающие трансформаторы для понижения напряжения до 120 В, используемых в бытовых цепях.

Пример

Допустим, энергетическая компания вырабатывает электроэнергию с напряжением 2400 В и током 1000 А. Это электростанция мощностью 2,4 МВт.
(a) Сколько мощности теряется при передаче этого тока по линии передачи мощностью 10 Вт?
(b) Если напряжение повышается до 240 кВ до того, как ток будет пропущен по линии передачи, сколько мощности будет потеряно сейчас? Предположим, что трансформатор идеален (т.е., в трансформаторе не теряется энергия).
(c) На другом конце линии передачи напряжение преобразуется в 120 В. Какой ток доступен?

(a) Мощность, рассеиваемая в линии передачи, составляет I ² R = 10 МВт. В этом нет никакого смысла, учитывая, что это больше, чем мы должны были начать … но мы, по сути, потеряем все это.

(b) В идеальном трансформаторе, если напряжение увеличивается в 100 раз, ток уменьшается в 100 раз, поэтому ток составляет 10 А.Потерянная мощность сейчас:
I ² R = 1000 Вт, в основном ничтожно мало по сравнению с 2,4 МВт, с которых мы начали.

(c) Если игнорировать потерю 1000 Вт при передаче, преобразование напряжения в 120 В дает:

I

=

2,4 x 10 6 120

=

20000 А, хватит на несколько сотен домов.

Для чего нужен трансформатор?

Обновлено 16 ноября 2018 г.

Кевин Бек

Большинство людей, вероятно, слышали о трансформаторах и знают, что они являются частью когда-либо очевидной, но все еще загадочной энергосистемы, доставляющей электроэнергию в дома, предприятия и все другие места, где «сок» нужен.Но типичный человек отказывается изучать тонкости подачи электроэнергии, возможно, потому, что весь процесс кажется скрытым под угрозой. Дети с раннего возраста узнают, что электричество может быть очень опасным, и все понимают, что провода любой энергокомпании держатся вне досягаемости (или иногда зарыты в землю) по уважительной причине.

Но энергосистема на самом деле является триумфом человеческой инженерии, без которой цивилизация была бы неузнаваема по сравнению с той, которую вы населяете сегодня.Трансформатор является ключевым элементом в управлении и доставке электроэнергии от точки, в которой она вырабатывается на электростанциях, до момента, когда она попадет в дом, офисное здание или другой конечный пункт назначения.

Для чего нужен трансформатор?

Представьте себе плотину, удерживающую миллионы галлонов воды, чтобы образовать искусственное озеро. Поскольку река, питающая это озеро, не всегда несет в этом районе одинаковое количество воды, ее вода имеет тенденцию подниматься весной после таяния снега во многих областях и отливаться летом в более засушливые времена, любая эффективная и безопасная плотина должна быть оснащены устройствами, которые позволяют более точно контролировать воду, чем просто прекращать ее течь, пока уровень не поднимется настолько, что вода просто проливается на нее.Поэтому плотины включают в себя всевозможные шлюзовые затворы и другие механизмы, которые определяют, сколько воды будет проходить на нижнюю сторону плотины, независимо от величины давления воды на верхней стороне.

Примерно так работает трансформатор, за исключением того, что текущим материалом является не вода, а электрический ток. Трансформаторы служат для управления уровнем напряжения, протекающего через любую точку энергосистемы (подробно описанной ниже), таким образом, чтобы уравновешивать эффективность передачи с базовой безопасностью.Ясно, что как для потребителей, так и для владельцев электростанции и сети, это выгодно с финансовой и практической точки зрения, чтобы предотвратить потери электроэнергии между выходом электроэнергии из электростанции и ее поступлением в дома или другие места назначения. С другой стороны, если количество напряжения, протекающего по типичному высоковольтному проводу питания, не будет уменьшено перед входом в ваш дом, это приведет к хаосу и катастрофе.

Что такое напряжение?

Напряжение — это мера разности электрических потенциалов.Номенклатура может сбивать с толку, потому что многие студенты слышали термин «потенциальная энергия», что позволяет легко спутать напряжение с энергией. Фактически, напряжение — это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда или джоулей на кулон (Дж / Кл). Кулон — это стандартная единица электрического заряда в физике. Отдельному электрону присваивается -1,609 × 10 ^-19 кулонов, в то время как протон несет заряд, равный по величине, но противоположный по направлению (т. Е. Положительный заряд).

Ключевое слово здесь, действительно, «разница».»Причина того, что электроны текут из одного места в другое, заключается в разнице в напряжении между двумя контрольными точками. Напряжение представляет собой объем работы, который потребуется на единицу заряда , чтобы переместить заряд против электрического поля из первой точки в второй. Чтобы получить представление о масштабе, знайте, что провода передачи на большие расстояния обычно имеют от 155 000 до 765 000 вольт, тогда как напряжение, входящее в дом, обычно составляет 240 В.

История трансформатора

В 1880-х годах электроснабжение провайдеры использовали постоянный ток (DC).Это было связано с определенными обязательствами, в том числе с тем фактом, что постоянный ток нельзя было использовать для освещения и был очень опасным, так как требовались толстые слои изоляции. За это время изобретатель по имени Уильям Стэнли создал индукционную катушку, устройство, способное создавать переменный ток (AC). В то время, когда Стэнли придумал это изобретение, физики знали о явлении переменного тока и его преимуществах с точки зрения источника питания, но никто не смог придумать средства подачи переменного тока в больших масштабах.Индукционная катушка Стэнли послужит шаблоном для всех будущих вариантов устройства.

Стэнли чуть не стал юристом, прежде чем решил работать электриком. Он начал в Нью-Йорке, а затем переехал в Питтсбург, где начал работать над своим трансформатором. Он построил первую муниципальную энергосистему переменного тока в 1886 году в городе Грейт-Баррингтон, штат Массачусетс. На рубеже веков его энергетическая компания была куплена General Electric.

Может ли трансформатор повышать напряжение?

Трансформатор может как увеличивать (повышать), так и уменьшать (уменьшать) напряжение, проходящее через силовые провода.Это примерно аналогично тому, как кровеносная система может увеличивать или уменьшать приток крови к определенным частям тела в зависимости от потребности. После того, как кровь («сила») покидает сердце («энергетическая установка»), чтобы достичь ряда точек ветвления, она может в конечном итоге переместиться в нижнюю часть тела вместо верхней части тела, а затем в правую ногу вместо верхней части тела. слева, а затем к икре вместо бедра и т. д. Это определяется расширением или сужением кровеносных сосудов в органах и тканях-мишенях.Когда электричество вырабатывается на электростанции, трансформаторы повышают напряжение с нескольких тысяч до сотен тысяч для целей передачи на большие расстояния. Когда эти провода достигают точек, называемых силовыми подстанциями, трансформаторы снижают напряжение до менее 10 000 вольт. Вы, наверное, видели эти подстанции и их трансформаторы среднего уровня в своих путешествиях; Трансформаторы обычно помещаются в коробки и немного напоминают холодильники, поставленные на обочине дороги.

Когда электричество покидает эти станции, что обычно происходит в разных направлениях, оно встречает другие трансформаторы ближе к своей конечной точке в подразделениях, микрорайонах и отдельных домах.Эти трансформаторы снижают напряжение с менее 10 000 вольт до примерно 240 вольт — более чем в 1000 раз меньше, чем типичные максимальные уровни, наблюдаемые в высоковольтных проводах большой протяженности.

Как электричество попадает в наши дома?

Трансформаторы — это, конечно, только один компонент так называемой энергосистемы, названия системы проводов, переключателей и других устройств, которые производят, отправляют и контролируют электроэнергию, откуда она вырабатывается и где она в конечном итоге используется.

Первым шагом в создании электроэнергии является вращение вала генератора.Начиная с 2018 года, чаще всего это делается с использованием пара, выделяющегося при сгорании ископаемого топлива, такого как уголь, нефть или природный газ. Атомные электростанции и другие генераторы «чистой» энергии, такие как гидроэлектростанции и ветряные электростанции, также могут использовать или производить энергию, необходимую для привода генератора. В любом случае электричество, которое вырабатывается на этих станциях, называется трехфазной мощностью. Это связано с тем, что эти генераторы переменного тока вырабатывают электричество, которое колеблется между установленным минимальным и максимальным уровнем напряжения, и каждая из трех фаз смещена на 120 градусов по сравнению с фазами впереди и позади нее во времени.(Представьте, что вы идете взад и вперед по 12-метровой улице, в то время как двое других людей делают то же самое, делая 24-метровый круговой обход, за исключением того, что один из двух других людей всегда находится на 8 метров впереди вас, а другой — на 8 метров. позади вас. Иногда двое из вас будут идти в одном направлении, а иногда двое из вас будут идти в другом направлении, варьируя сумму ваших движений, но предсказуемым образом. Это примерно то, как работает трехфазный переменный ток.) ​​

Перед тем, как электричество покидает электростанцию, оно впервые встречает трансформатор.Это единственная точка, в которой трансформаторы в электросети заметно повышают напряжение, а не снижают его. Этот шаг необходим, потому что электричество затем поступает в большие линии передачи группами по три, по одной на каждую фазу мощности, и некоторым из них, возможно, придется пройти до 300 миль или около того.

В какой-то момент электричество наталкивается на подстанцию, где трансформаторы снижают напряжение до уровня, подходящего для менее важных линий электропередач, которые вы видите в окрестностях или проходят вдоль сельских магистралей.Именно здесь происходит фаза распределения (в отличие от передачи) доставки электроэнергии, поскольку линии обычно выходят из подстанций в нескольких направлениях, точно так же, как несколько артерий, ответвляющихся от крупного кровеносного сосуда в более или менее одном и том же соединении.

От подстанции электричество проходит в окрестности и покидает местные линии электропередач (которые обычно находятся на «телефонных столбах»), чтобы попасть в индивидуальные жилые дома. Меньшие трансформаторы (многие из которых выглядят как небольшие металлические мусорные баки) снижают напряжение примерно до 240 вольт, поэтому оно может попасть в дома без большого риска возникновения пожара или другого серьезного происшествия.

Какова функция трансформатора?

Трансформаторы не только должны выполнять работу по управлению напряжением, но они также должны быть устойчивы к повреждениям, будь то стихийные бедствия, такие как ураганы или целенаправленные атаки, созданные человеком. Невозможно держать энергосистему вне досягаемости элементов или злоумышленников, но в то же время энергосистема абсолютно необходима для современной жизни. Такое сочетание уязвимости и необходимости привело к тому, что Министерство внутренней безопасности США заинтересовалось крупнейшими трансформаторами в американской энергосистеме, которые называются большими силовыми трансформаторами или LPT.Работа этих массивных трансформаторов, которые находятся на электростанциях и могут весить от 100 до 400 тонн и стоить миллионы долларов, имеет важное значение для поддержания повседневной жизни, поскольку отказ одного из них может привести к отключению электроэнергии на большой территории. . Это трансформаторы, которые значительно повышают напряжение до того, как электричество попадет в протяженные высоковольтные провода.

По состоянию на 2012 год средний возраст LPT в США составлял около 40 лет. Некоторые из современных высокотехнологичных трансформаторов сверхвысокого напряжения (СВН) рассчитаны на 345 000 вольт, и спрос на трансформаторы растет как в США.S. и во всем мире, вынуждая правительство США искать способы как заменить существующие LPT по мере необходимости, так и разработать новые по сравнительно низкой цене.

Как работает трансформатор?

Трансформатор представляет собой большой квадратный магнит с отверстием посередине.