Петр Стрелков - Пионер-электротехник

Для повышения напряжения применяют трансформаторы, которые повышают передаваемое напряжение до 220 тысяч и даже до 500 тысяч вольт. Такое высокое напряжение опасно для жизни. На месте потребления напряжение понижают до 120–220 вольт. А для моделей и приборов, изготовляемых юными электротехниками, напряжение надо понижать до 2—24 вольт.

Трансформатор изобрели ученый Павел Николаевич Яблочков и лаборант Московского университета Иван Филиппович Усагин.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает в железном сердечнике переменное магнитное поле. Это поле действует на вторичную обмотку трансформатора, создавая в ней электрический ток.

Рассмотрим упрощенный расчет трансформатора на конкретном примере.

Допустим, что у нас имеется пакет трансформаторного железа Ш-образной формы (рис. 72, б). Нас будут интересовать размеры той части пакета, на которую надевается катушка с обмоткой. Эта часть называется сердечником. Ширина одной пластинки нашего сердечника равна 50 миллиметрам, а толщина его набора — 60 миллиметрам. Ширина окна равна 26 миллиметрам, длина — 85 миллиметрам. Надо определить количество витков для первичной и вторичной обмоток, а также определить толщину провода для них.

Весь расчет производится в следующем порядке.

1. Сначала находим площадь поперечного сечения сердечника: 5х6 = 30 кв. сантиметрам.

2. Определяем количество витков для напряжения в 1 вольт, для чего постоянный коэффициент 60 делим на площадь поперечного сечения (в квадратных сантиметрах) трансформатора: 60:30 = 2 виткам.

3. Подсчитываем полное количество витков для первичной обмотки на сеть 220 вольт: 220х2 = 440 виткам.

4. Определяем полное количество витков для вторичной обмотки 48 вольт: 48х2 = 96 виткам.

Теперь надо определить диаметр изолированного обмоточного провода, применяемого для первичной и вторичной обмоток. Диаметр провода подбирают в зависимости от мощности, которую желают получить от трансформатора.

Для наших опытов можно ограничиться мощностью в 200 ватт. Для получения такой мощности нужно по первичной обмотке в 220 вольт пропустить ток величиной: I1=200/220=0,9 ампера, где I1 — ток, проходящий по первичной обмотке.

Обмоточный провод сечением 1 кв. миллиметр выдерживает нагрузку в 2 ампера. Сечение провода первичной обмотки можно определить простым подсчетом: величина тока, проходящего по обмотке, в два раза меньше, чем допустимая величина тока, приходящаяся на 1 кв. миллиметр. Значит, площадь поперечного сечения провода для первичной обмотки равна 1:2=0,5 кв. миллиметра. Этому сечению соответствует диаметр провода приближенно 0,8 миллиметра.

Во вторичной обмотке мощность будет приблизительно 180 ватт. Значит, величина тока I2 во вторичной обмотке может достигнуть I2 = 180/48 = 3,75 ампера, где 180 — мощность во вторичной обмотке, 48—напряжение во вторичной обмотке, I2 — величина тока во вторичной обмотке.

Значит, для вторичной обмотки можно было бы вполне ограничиться проводом, сечение которого равно 3,8 кв. миллиметра. При таком сечении провод имеет диаметр 2,2 миллиметра.

После определения диаметра провода для намотки приступим к изготовлению каркаса катушки, на который будут намотаны сетевая (первичная) и понижающая (вторичная) обмотки.

Каркас катушки склейте из плотного картона (рис. 72, в). Сначала определите размеры щечек 4. Для того чтобы щечки можно было плотно надеть на основу каркаса 5, вырежьте в них отверстия 6 несколько больших размеров, чем площадь сердечника, а именно: по толщине основы каркаса. Затем вырезайте и склеивайте основу из того же плотного картона. После этого на основу наденьте щечки и приклейте их.

Склеенную катушку желательно несколько раз покрыть изоляционным лаком и дать ей просохнуть. Потом возьмите катушку и измерьте внутреннее расстояние от щечки до щечки, а также высоту щечки. Эти измерения делаются для того, чтобы проверить, уложатся ли обе обмотки, если их намотать тем проводом, который мы выбрали по расчету. Предварительный подсчет производится следующими последовательными вычислениями.

1. Определите, какое количество витков уложится в одном ряду, если их плотно укладывать виток к витку. Для этого внутреннее расстояние от щечки до щечки, выраженное в миллиметрах, разделите на диаметр провода, которым производится намотка. В нашем примере внутреннее расстояние равно 80 миллиметрам, а высота щечек—18 миллиметрам. Следовательно, в одном ряду первичной обмотки проводом с диаметром 0,8 миллиметра уложится 100 витков: 80:0,8 = 100 виткам.

2. Подсчитайте количество слоев во всей первичной обмотке. Для этого полное количество витков первичной обмотки разделите на число витков в одном ряду. Получается: 440:100 = 4,4 слоя.

Берем округленно пять слоев, учитывая, что с увеличением числа слоев количество витков в каждом из них уменьшается, то есть не доматывается по одному-два витка до щечек с каждой стороны. Это делается для того, чтобы избежать межвитковых замыканий.

3. Определите, какую высоту займут пять слоев: 5х0,8 = 4 миллиметрам.

При намотке каждый слой изолируйте друг от друга тонкой бумагой, пропитанной парафином. Ее толщину примем равной 0,25 миллиметра. Значит, изоляция (пять слоев) займет 5х0,25 = 1,25 миллиметра.

К этому же следует прибавить толщину изоляционной прокладки между первичной и вторичной обмотками, которая займет 0,8 миллиметра высоты.

Таким образом, первичная обмотка вместе с изоляцией займет 6 миллиметров: 4+1,25+0,8=6,05 миллиметра.

На долю вторичной обмотки остается часть окна высотой 12 миллиметров: 18—6=12 миллиметрам.

4. Определите количество витков, которое уложится в одном слое, если вторичную обмотку наматывать проводом в хлопчатобумажной изоляции диаметром (вместе с изоляцией) около 2,5 миллиметра: 80:2,5=32 виткам.

5. Определите число всех слоев вторичной обмотки, для чего 96:32 =3 слоям.

Вторичную обмотку наматывайте с отводами для получения различного напряжения. Поэтому для отводов от первичного слоя надо дополнительно взять не менее 2,5 миллиметра высоты на каждый слой.

6. Подсчитайте высоту трех слоев вместе с отводами: 2,5 + (2,5х3) = 10 миллиметрам.

Однако не всегда можно найти обмоточный провод с диаметром 2,5 миллиметра. Поэтому иногда приходится подбирать нужное сечение провода из отдельных изолированных проводников меньшего диаметра. В таком случае вряд ли останется свободная часть «окна», предназначенного для вторичной обмотки.

Мы предположим, что во вторичной обмотке трансформатора мощность будет не менее 180 ватт. При 24 вольтах во вторичной обмотке величина тока будет равна 7,5 ампера. При мощности 180 ватт и напряжении 4 вольта во вторичной обмотке величина тока будет 45 ампер: 180: 4 = 45 амперам.