Трансформаторы являются простыми, но чрезвычайно полезными электрическими устройствами, и они работают благодаря явлению, известному как электромагнитная индукция. Если вы поместите проводник в переменное магнитное поле, поле индуцирует в проводе электрический ток, а там, где есть ток, есть и разность потенциалов, или напряжение. Обратное также верно. Изменение тока в проводнике создает магнитное поле. Поскольку ток должен изменяться (в потоке), трансформаторы работают только с электричеством переменного тока, что является преимуществом переменного тока перед мощностью постоянного тока.
Напряжение зависит от того, сколько раз проводник проходит через магнитное поле. Вы можете преобразовать напряжение в одной цепи — первичной цепи — в другое напряжение во вторичной цепи, регулируя количество раз, когда проводники каждой цепи проходят через магнитное поле. Устройство, которое это делает, является трансформатором, и когда оно снижает напряжение во вторичной цепи, это понижающий трансформатор. Это именно то, что делает трансформатор на линии электропередач за пределами вашего дома. Сделать понижающий трансформатор своими руками несложно, но он не будет таким большим и мощным, как тот, что стоит на линии электропередач. Однако он будет работать точно так же.
Трансформаторы используют обмотки
В трансформаторе используется один проводник, намотанный несколько раз вокруг центрального сердечника для первичной цепи, и другой проводник, также несколько раз намотанный на один и тот же или другой сердечник для вторичной цепи. Соотношение числа витков в этих катушках определяет напряжение во вторичной катушке. Формула трансформатора, которая следует из закона Фарадея, такова:
где Ns и нp – количество витков во вторичной и первичной обмотках соответственно и Vs и Vp являются напряжениями.
В понижающем трансформаторе вторичное напряжение меньше первичного, поэтому количество витков во вторичной обмотке должно быть меньше числа в первичной обмотке. Если вы знаете напряжение в первичной цепи и у вас есть цель для вторичной катушки, вы достигаете своей цели, регулируя количество обмоток на обеих катушках.
Создание понижающего трансформатора
Наиболее эффективные трансформаторы имеют ферромагнитные сердечники, потому что этот материал намагничивается первичной катушкой и передает энергию вторичной катушке более эффективно, чем катушки сами по себе. Самый простой способ получить ферромагнитную катушку — найти большую стальную шайбу в хозяйственном магазине или на свалке. Он должен быть от 2 до 3 дюймов в диаметре.
Для изготовления катушек можно использовать любой токопроводящий провод, но лучше всего использовать магнитный провод 28-го калибра, представляющий собой очень тонкий медный провод, покрытый изоляцией. Чтобы создать первичную катушку, плотно оберните проволоку вокруг шайбы не менее 500 раз, плотно прижав проволоку друг к другу. При необходимости намотайте его слоями. Тщательно подсчитайте количество обмоток и запишите число. Когда вы закончите намотку, оставьте два конца свободными для подключения к источнику питания и оберните провода малярной лентой, чтобы они оставались на месте.
Поскольку вы строите понижающий трансформатор, количество витков во вторичной обмотке будет меньше. Фактическое число зависит от желаемого напряжения, и вы можете рассчитать его, используя формулу трансформатора. Намотайте вторичную катушку поверх первичной, оставив концы свободными для подключения к счетчику. Обмотайте катушку малярным скотчем, а затем весь трансформатор обмотайте изолентой, чтобы изолировать его. Теперь трансформатор готов к испытаниям.
Пример расчета
Предположим, вы хотите понизить напряжение 120 вольт в домашней розетке до 12 вольт. Соотношение напряжений 12/120 = 1/10, поэтому если первичная катушка имеет 500 витков, то вторичная катушка должна иметь 50.
Обратите внимание, что использование вашего домашнего напряжения в этом расчете является только примером, и ток, проходящий при таком большом напряжении, быстро нагреет провода, и было бы опасно пытаться его уменьшить. Безопаснее использовать этот элементарный трансформатор для гораздо меньших входных напряжений от более безопасных источников. Не оставляйте трансформатор подключенным на какое-либо время.
Предупреждения
Не пытайтесь использовать трансформатор с домашними розетками или цепями.
Как сделать повышающий трансформатор?
Трансформатор — это статическое устройство, которое используется в электрических или электронных схемах для изменения напряжения в электросети переменного тока. Он преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками. Обычно частота входного сигнала не изменяется, но напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от необходимости.
Типы трансформаторов
Как упоминалось выше, существует два основных типа трансформаторов:
- Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. В этом типе трансформатора число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной обмотки.
- Понижающий трансформатор:Понижающий трансформатор уменьшает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. Этот тип трансформатора противоположен предыдущему, число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки.
Части трансформатора
Прежде чем приступить к сборке повышающего трансформатора, давайте разберемся с основными частями трансформатора:
- Первичная обмотка – изготовлен из магнитной проволоки
- Магнитный сердечник – выбирается исходя из мощности и частоты входного сигнала
- Вторичная обмотка – изготовлен из магнитной проволоки
Вещи, необходимые для создания очень простого повышающего трансформатора
Перед началом процесса строительства вам потребуются следующие компоненты:
- Электроизоляционная лента
- Медная проволока с покрытием (т.е. магнитная проволока)
- Материал сердечника (т.е. стальной болт может использоваться для представления сердечника)
- Резистивный элемент (например, лампочка)
- Источник переменного тока
Создание электрического повышающего трансформатора
Следующие шаги подробно объясняют процесс создания повышающего трансформатора:
Используйте большой стальной болт в качестве магнитного сердечника трансформатора. Сначала проверьте болт на намагниченность, прижав его к кухонному магниту. Если магнит прилипает, стальной болт можно использовать в качестве сердечника.
Оберните болт изоляционной лентой, чтобы изолировать обмотки от «сердечника». Разрежьте медный провод с покрытием на две неравные части и зачистите их на концах. Использование одного и того же провода поможет вам обеспечить сопоставимость количества витков катушки.
Два медных провода намотайте несколько раз (не менее 12 витков) на концы «жилы» (стальной болт). Эти проволочные катушки будут действовать как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Убедитесь, что оголенные концы проводов остаются свободными. Также соблюдайте расстояние между первичной и вторичной обмотками. Закрепите изоляционной лентой.
Теперь подключите оголенные концы вторичной катушки к контактным клеммам резистивного элемента (лампочки). Убедитесь, что они не касаются друг друга на контактах лампы, потому что короткое замыкание не позволит лампе загореться. При необходимости можно использовать электроизоляционную ленту, чтобы зафиксировать провода на месте.
Наконец, подключите оголенные концы первичной катушки к источнику питания переменного тока. Выбор блока питания переменного тока с выключателем питания, регулируемой настройкой напряжения и предохранителем на входе поможет обеспечить безопасность и изоляцию от «стены». Начните с мощности переменного тока на самом низком уровне и постепенно увеличивайте, чтобы увидеть изменение яркости лампы. Лампочка должна загореться при включении питания. Если нет, проверьте соединения и повторите попытку.
При появлении запаха гари немедленно отключите концы первичной обмотки от источника питания. Однако это маловероятная ситуация, поскольку трансформатор должен обеспечивать достаточное сопротивление, чтобы предотвратить прохождение слишком большого тока.
Если вы чувствуете запах гари, проверьте, не связано ли короткое замыкание с контактом оголенных проводов. Закройте оголенные провода электроизоляционной лентой и повторите попытку.
Обратите внимание, что светимость лампочки будет увеличиваться в ступенчатой конфигурации. Более того, сердечник трансформатора начнет работать как электромагнит. Это можно проверить, приложив к нему металлические предметы.
Наконечник: Для изготовления промышленного повышающего трансформатора необходимо, чтобы вторичная обмотка имела больше витков, чем первичная. Более того, если вы хотите, чтобы трансформатор имел удвоенное напряжение и вдвое меньший ток на вторичной обмотке, то во вторичной обмотке положите вдвое больше витков.
Как построить простой электрический трансформатор для школы
Трансформаторы — это простые устройства, но они также чрезвычайно важны для нашего электрифицированного образа жизни. Большие трансформеры повышать напряжение на электростанциях, чтобы его можно было более эффективно передавать по линиям электропередач, и Шаг вниз трансформатор делает электричество полезным в каждом доме, обслуживаемом электростанцией. Трансформаторы в физике используются для ряда целей в лаборатории.
A трансформатор состоит не более чем из пары проволочных катушек, которые могут быть намотаны вокруг общего сердечника или двух сердечников, расположенных бок о бок. Трансформаторы работают только с переменным током (AC), потому что они основаны на электромагнитной индукции, при которой изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, и наоборот.
Легко сделать трансформатор для школьного проекта, но вам нужно использовать его с безопасным источником питания, а напряжение 120 В, поступающее от сетевой розетки, небезопасно. Одна из проблем с трансформаторами заключается в том, что они нагреваются из-за сопротивления проводов, и если входное напряжение слишком высокое, провода могут нагреться настолько, что вы можете обжечься или начать пожар. Таким образом, создание безопасного источника питания является важной частью проекта, демонстрирующего работу трансформатора.
Используйте диммер для источника питания
Чтобы построить безопасный источник питания, вам понадобится пластиковая электрическая коробка, старая вилка от прибора, которым вы больше не пользуетесь, и диммер, также известный как диммер. вариатор переключатель. Вот как сконструировать источник питания (обязательно соблюдайте технику безопасности при работе с электричеством!):
- Отрежьте шнур от прибора и разрежьте шнур пополам. Отложите часть без заглушки на потом. Зачистите провода вилки с помощью инструмента для зачистки проводов, обнажая примерно дюйм оголенного провода на каждом.
- Подсоедините провода штекера к входной клемме переключателя. Вам не нужно беспокоиться о полярности. Используйте проволочные гайки, чтобы выполнить стыковые соединения.
- Зачистите оба конца дополнительного шнура, разделите провода и подключите один конец шнура к выходным клеммам переключателя. Другой конец обеспечивает входную мощность для трансформатора.
- Вкрутите выключатель в пластиковую электрическую коробку и пропустите провода через отверстия в задней части коробки.
- Установите переключатель в самое нижнее положение и зафиксируйте его в этом положении, чтобы вы не могли его изменить.
Создание понижающего трансформатора
Для изготовления трансформатора вам понадобятся два основных ингредиента. Первый представляет собой стальной сердечник, а второй представляет собой много тонкой проводящей проволоки. 3- или 4-дюймовая стальная машинная шайба, доступная в хозяйственных магазинах, является хорошим стержнем. Лучше всего использовать магнитопровод 28-го калибра, покрытый изоляцией. Приобрести его можно в любом магазине электроники.
Сделайте две отдельные обмотки на катушке. Чем больше раз вы намотаете катушку, тем лучше будет работать трансформатор. Обязательно посчитайте обмотки и следите за числами — эта информация понадобится вам при проверке трансформатора.
Для изготовления понижающего трансформатора количество витков на первичной обмотке должно быть меньше числа витков на вторичной обмотке. Отношение напряжений будет равно отношению числа витков на катушках. Например, если в первичной обмотке 200 витков, а во вторичной — 100, трансформатор уменьшит входящее напряжение вдвое.
Демонстрация работы трансформатора
Перед проверкой трансформатора зачистите концы проводов и в целях безопасности поместите трансформатор в 2-местную пластиковую электрическую коробку. Соедините провода первичной обмотки с проводами, идущими от выключателя. Разделите провода вторичной катушки, чтобы убедиться, что они не создают короткого замыкания при подключении питания.
Подключите трансформатор, установите мультиметр для измерения напряжения переменного тока и проверьте напряжение, поступающее от выключателя, прикоснувшись измерительными проводами к отдельным выходным проводам. Теперь проверьте напряжение, поступающее со вторичной обмотки. Запишите свои результаты.
