Базовые принципы действия

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле(электромагнетизм)

2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т. д.

Исключение — силовой трансформатор . В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Большое распространение в электротехнике имеют различные трансформаторы. Первые трансформаторы были изготовлены знаменитыми русскими электротехниками П. Н. Яблочковым и И. Ф. Усыгиным. С изобретением трансформаторов стало возможным передавать электрическую энергию на большие расстояния по проводам сравнительно небольшого сечения. Трансформаторы нашли широкое применение в технике, в повседневной жизни, там, где требуется преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения или наоборот.

Трансформатор представляет собой пакет (сердечник), собранный из тонких стальных листов (трансформаторная сталь), на который намотаны две или несколько обмоток. В одну из них, называемую первичной, поступает ток, подлежащий преобразованию. Ток создает в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле, которое индуктирует электрический ток во вторичных обмотках. При этом напряжение в этих обмотках зависит от соотношения числа витков обмоток. Во сколько раз число витков вторичных обмоток больше или меньше числа витков первичной, во столько же раз напряжение тока в них будет выше или ниже первичного.

Расчет трансформаторов обычно производится по номограммам и достаточно сложен. Однако элементарный расчет, хорошо приближающийся к практическому результату, весьма доступен.

В трансформаторах расчету подлежат: мощность обмоток, сечение железа, количество витков и диаметр проводов обмоток.

Общую мощность трансформатора составляет сумма мощностей, потребляемых от его вторичных обмоток, и потери в железе.

Размер пластин сердечника и толщина набора пластин зависят от мощности трансформатора. Обычно для изготовления трансформаторов используются штампованные трансформаторные пластины, размеры которых стандартизованы и приведены в таблице (см. приложения).

Изготовление катушек трансформаторов производится на каркасах из изоляционного материала (прессшпана, гетинакса и т. д.), процесс их изготовления показан на рисунке 8, г, д. Картонные каркасы склеиваются универсальным конторским клеем или нитроклеями. Каркасы из гетинакса делаются сборными.

На рисунке 8,е показано, как можно изготовить разборный каркас. Материалом для этого каркаса служит листовой прессшпан или картон. Сначала из него вырезают заготовку основания каркаса, размеры которой соответствуют наружным размерам сердечника трансформатора. На заготовке по линиям, обозначенным пунктиром, делают надрезы (до половины толщины). После этого заготовку сгибают в виде прямоугольника и точно по его размерам вырезают окна в щечках каркаса. Две противоположные стороны щечек, выходящие из окна трансформатора, делаются несколько длиннее и в них в дальнейшем располагаются отверстия и выводные лепестки от обмоток.

Далее заготовку сгибают, как указано на рисунке, и вставляют в окно щечек. Разведя грани заготовки и плотно прижав каждую из них к соответствующим ребрам окна, получают прочный каркас. Для большей прочности основание каркаса можно оклеить бумагой.

Обмотки трансформаторов выполняются чаще всего проводом марки «ПЭ» или «ПЭЛ», реже проводом «ПБД». В процессе намотки между отдельными слоями проволоки и между обмотками прокладывается изоляция. Лучшая изоляция — лакоткань, кабельная или конденсаторная бумага. Для изоляции выводов, мест паек и отводов обмоток применяются отрезки кембриковых или хлорвиниловых трубок, а для крепления концов обмоток — лакоткань.

На рисунке 9 показано, как это надо делать.

В последнее время широкое распространение получила бескаркасная намотка трансформаторов. Намотка производится в основном так же, как и с каркасом, но прокладку между обмотками (или рядами) делают в 2—3 раза шире самой обмотки (рис. 8, ж).

По окончании намотки каждой секции выступающие края прокладки разрезают на углах и загибают, закрывая намотанную секцию. Торцовые стороны намотанных обмоток нужно залить смолкой, взятой от сухих элементов или батарей.

На заводах при массовом производстве трансформаторы обычно наматываются на специальных автоматизированных станках. В условиях кружка для этой цели можно использовать токарный станок, ручную дрель или сделать простейшее намоточное приспособление, как это1 показано на рисунке 10.

Желательно снабдить такое приспособление механическим счетчиком.

Собранный трансформатор необходимо испытать. Иногда бывает трудно разобраться в выходных проводниках силовых трансформаторов, имеющих несколько обмоток и предназначенных для радиоконструкций. Можно предложить очень простой способ их определения. Среди всех выводных проводников легко отличить концы обмотки накала ламп (на 6,3 в), так как они толще остальных. Эту обмотку соединяют с обмоткой накала ламп другого силового трансформатора, первичную обмотку которого включают в сеть, как это показано на рисунке 11. После этого при помощи вольтметра переменного тока легко определить все остальные концы обмоток трансформатора. Между концами первичной обмотки будет 220 в. Таким же путем можно определить выводы на 110 и 127 в. Вольтметр, подключенный к концам повышающей обмотки, будет показывать наибольшее напряжение. Так как эта обмотка разделена на две части, то легко определить и средний вывод.

«СОГЛАСОВАНО»