Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
За допомогою двох високовольтних трансформаторів втрати в лінії електропередачі між електростанцією та споживачем можна втримати малими, попри великий опір лінії.
Цей дослід досліджує цю обставину і пояснює, чому струм передають лініями високої напруги на великі відстані.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з принципом дії трансформатора.
Принцип
Коли змінний струм тече через котушку, він створює змінне магнітне поле, яке своєю чергою може індукувати струм в іншій котушці. Це використовують, щоб створити високу напругу, яку після передавання знову знижують трансформатором.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти, чому для передавання струму використовують високу напругу.
Завдання
Досліди регулювання сили струму через створення високої напруги трансформатором.
Правила безпеки (1/2)
Змінні напруги понад 25 В небезпечні при дотику, якщо сила струму більша за 0,5 мА. У 2. частині досліду на кабелях лінії електропередачі є саме така небезпечна при дотику напруга.
Дослід дозволено виконувати лише фаховому вчительському персоналу, у жодному разі учні не мають виконувати цей дослід.
В установці досліду експериментують із небезпечною при дотику високою напругою. В установці досліду немає достатньо високої ізоляції від цієї небезпечної при дотику високої напруги. З цієї причини обов'язково треба виконувати наведені нижче вказівки!
Правила безпеки (2/2)
- Насамперед треба встановити попереджувальний знак „Висока напруга“ (напр. 06543‑00).
- Схему, яку треба під'єднати (установку досліду), спершу повністю скласти у знеструмленому стані (повне від'єднання від мережі, витягнути мережеву вилку!) і ще раз перевірити, перш ніж систему буде під'єднано до мережі та ввімкнено.
- Втручання чи зміни в установці досліду також дозволено виконувати лише у знеструмленому стані.
- Важливо: Виконуйте дослід лише однією рукою (друга рука в кишені штанів), щоб уникнути небезпеки удару електричним струмом.
Теорія
Через опір у лініях виникають втрати енергії. У лініях електропередачі опори через їхню довжину відносно великі. Енергія віддається у вигляді тепла. Опори за великих струмів і тривалого навантаження нагріваються. Щоб утримати втрати якомога меншими, мають текти малі струми.
Інформація для учнів
Мотивація
За допомогою двох високовольтних трансформаторів втрати в лінії електропередачі між електростанцією та споживачем можна втримати малими, попри великий опір лінії.
Цей дослід досліджує цю обставину і пояснює, чому струм передають лініями високої напруги на великі відстані.
Трансформаторна підстанція
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | PHYWE Блок живлення, універсальний, RiSU 2019 DC: 0...18 В, 0...5 А / AC: 2/4/6/8/10/12/15 В, 5 А | 13504-93 | 1 | 2 | Циліндрична опора expert | 02004-00 | 2 | 3 | Розподільна стійка, l = 235 мм | 07924-00 | 2 | 4 | Залізне осердя, I-подібне, шихтоване | 06500-00 | 2 | 5 | Залізне осердя, U-подібне, шихтоване | 06501-00 | 2 | 6 | Штифти для залізного осердя, U-подібного | 06502-00 | 2 | 7 | Затискний пристрій для залізних осердь | 06506-00 | 2 | 8 | Котушка, 75 витків (первинна) | 06511-01 | 2 | 9 | Котушка, 10000 витків | 06519-01 | 2 | 10 | Попереджувальний знак, небезпечна електрична напруга | 06543-01 | 1 | 11 | Тримач для попереджувального знака | 06549-01 | 1 | 12 | Ламповий патрон E 10 у корпусі комутаційної коробки | 06002-00 | 1 | 13 | Лампа розжарювання, 6 В/0,5 А, E10, 10 шт. | 35673-03 | 1 | 14 | Модель лінії електропередачі, 2 шт. | 07305-01 | 1 | 15 | З'єднувальний провідник, 500 мм, чорний | 07361-05 | 4 |
|---|
Складання та виконання (1/3)
Частина досліду 1
Склади дослід за рис. 1.
- Встав кінці кабелів лінії електропередачі щоразу у дві ізольовані ділянки розподільних стійок.
- Під'єднай блок живлення (вихід змінної напруги) і лампу розжарювання до кабелів лінії електропередачі.
- Установи 6 В~.
- Увімкни блок живлення і спостерігай за лампою.
Рис. 1
Складання та виконання (2/3)
Частина досліду 2
Правило безпеки: Блок живлення має бути вимкнений!
- Для складання трансформаторів надінь на U-подібні осердя щоразу одну котушку з 75 витками і одну високовольтну котушку з 10000 витками.
- Поклади зверху ярмо і міцно стисни трансформатори за допомогою затискних пристроїв.
- Склади дослід за рис. 2.
Рис. 2
Складання та виконання (3/3)
- З'єднай високовольтною лінією електропередачі обидві котушки з 10000 витками (високовольтні котушки) трансформаторів.
- З'єднай низьковольтну котушку вторинного трансформатора з лампою розжарювання.
- Під'єднай низьковольтну котушку первинного трансформатора до виходу змінної напруги блока живлення.
- Установи 6 В~.
- Увімкни блок живлення і спостерігай за лампою.
Протокол
Завдання (1/7)
Опрацювання результатів до частини досліду 1:
Питання
Питання
Завдання (2/7)
Опрацювання результатів до частини досліду 2:
Питання
Питання
Завдання (3/7)
Рис. 3
Частина досліду 1
Модель лінії електропередачі має дві лінії з опором по кожна.
Загальний опір моделі становить:
Рис. 3 показує, що обидві лінії моделі лінії електропередачі та лампа з'єднані послідовно і обидва опори та додаються.
Рис. 4
Завдання (4/7)
Максимально досяжне значення сили струму можна оцінити вже тоді, коли для обчислення враховують лише опір моделі лінії електропередачі.
(1)
Номінальне значення сили струму лампи становить:
За сили струму лише 60 мА вона не світиться.
Завдання (5/7)
Частина досліду 2
Перший трансформатор перетворює змінну напругу на первинному боці у змінну напругу на вторинному боці у відношенні чисел витків первинної котушки та вторинної котушки :
(1)
Напруга блока живлення становить 6 В, тож на вторинному боці отримуємо напругу:
Завдання (6/7)
Щоб передати потрібну для лампочки потужність за 800 В, у високовольтному колі потрібен лише відносно малий струм :
За цієї сили струму на опорі лінії спадає напруга , що дорівнює
Завдання (7/7)
Спад напруги знехтовно малий. На вторинній котушці другого трансформатора знову отримуємо 6 В. У колі лампи більше немає жодного іншого опору, лампа розжарювання світиться яскраво.
Потужність , яка витрачається на кабелях лінії електропередачі як потужність втрат, становить:
Потужність втрат на кабелях повітряної лінії стала дуже малою завдяки підвищенню напруги трансформатором, бо за однакової потужності при вищій напрузі тече менший струм.