Каждая область техники имеет свои знаковые устройства, глядя на которые однозначно понимаешь что, куда, откуда. Парус – это море, яхты, корабли. Пропеллер – авиация, самолеты, колесо – велосипед, автомобиль и т.д. И не всегда мы задумываемся над тем, что когда-то эти ныне простые и такие понятные устройства были очередным, иногда трудным, шагом в становлении целой отрасли техники или машиностроения.
Такая история и у хорошо известного представителя электротехники – трансформатора. В далеком уже 1831 году Фарадей вошел в историю открытием электромагнитной индукции – основного принципа работы трансформатора. Только через 45 лет русскому ученому П. Н. Яблочкову был выдан патент на изобретение трансформатора. Две обмотки, расположенные на незамкнутом сердечнике, подтвердили возможность трансформировать, т.е. преобразовывать, изменять токи и напряжения. Самым первым был изготовлен повышающий трансформатор. Современные трансформаторы имеют размеры от сооружений в несколько этажей до крохотных изделий меньше 1 см, а их производство – это ведущая отрасль электротехнической промышленности.
В технике применяется огромное число трансформаторов различного назначения и каждый из них имеет свое специфичное название. Например, широкое применение в электролабораториях имеет повышающий трансформатор напряжения, который при выходном напряжении в несколько киловольт имеет напряжение питания 220 В.
Итак, трансформатор - что же это такое? Классическое определение звучит так: трансформатор – это электрическая машина, преобразующая ток входного источника питания в ток вторичной обмотки с другим напряжением. Трансформатор работает с напряжением переменного тока, т.к. эффект индукции проявляется только при изменении электромагнитного поля. Передача (трансформация) энергии проходит через преобразование электрической энергии в обмотках сначала в магнитное поле, и далее - переход обратно в электрическую энергию тока, но уже во вторичной обмотке. Если вторичная обмотка по числу витков превышает первичную, то имеем повышающий трансформатор, а если подключить обмотки наоборот, то и трансформатор будет «наоборот» - понижающий.
Допустим, что необходимо в гараже, имеющем электрическую сеть 36В, подключить электропотребитель, например, блок зарядки аккамулятора с питанием 220В - типичный случай для того, чтоб применить повышающий трансформатор. Решение такой практической задачи рассмотрим пошагово.
1. Мощность зарядного устройства возьмем из паспорта – скорее всего это будет что-то около 100 Вт. Понимая, что всегда нужно иметь запас на будущее и с учетом КПД будущего трансформатора примерно 0,9, принимаем мощность первичной обмотки 150 Вт.
2. Выбираем магнитопровод. Легче всего достать О-образный магнитный сердечник (от старого телевизора). Для нас подойдет любой, у которого сечение не меньше, чем следует из соотношения: Р1= S*S/1,44 , где Р1 и S – мощность трансформатора в Ваттах и поперечное сечение сердечника в см кв. Расчет дает значение S=10,2 см2.
3. Следующий шаг самый важный при «строительстве» трансформатора – определяется количество витков на 1В: N= 50/S = 50/10,2 = 4,9 витков/В. Теперь совсем легко рассчитать количество витков(или, как говорят, «намоточные данные»), первичной и вторичной обмоток: W1=36*N=176 витков и W2=220*5= 1078 витков.
4. Определим токи обмоток. Исходим из того, что мощность каждой из обмоток примерно 150 Вт. В таком случае, рабочие токи обмоток: J1 = 150/36=4,2А и J2 = 150/220=0,7А.
5. Теперь есть все данные для определения диаметров проводов обмоток. Так и сделаем: для первичной обмотки d1=0,8*√J1=0,8*2,05=1,64мм кв. ;
аналогично для вторичной обмотки d2=0,8*√J2 = 0,8*0,84=0,67 мм кв.
Для намотки обмоток выбираем диаметры, ближайшие из стандартных.
Все! Расчет окончен, но можно ли изготовить повышающий трансформатор своими руками? Как говорится - нет ничего проще, если сильно нужно. Реальная потребность - это основная движущая самоделкинами сила, так что дальше ручками, ручками.
6. Изготавливают два каркаса по выбранному магнитопроводу.
7. На каркасы плотной укладкой наматывают по половине первичной обмотки и изолируют ее стекло- или лакотканью .
8. Далее укладывают на каждый каркас по половине вторичной обмотки и также покрывают их лакотканью.
9. Сборка магнитопровода, стяжка его частей хомутом – проблема не очень сложная. При сборке магнитопровода желательно его половинки склеить любым составом с применением ферропорошка – это позволит исключить «гудение» устройства при работе.
Вот и все! Наша самоделка, стоит думать, будет работать долго и в радость. А кто бы сомневался!
