Устройство трансформатора

Что такое трансформатор? Как он работает и для чего он вообще нужен? Давайте разберемся... 

Слово "трансформатор" образуется от английского слова "transform"  - преобразовавывать, изменяться. Надеюсь все помнят фильм "Трансформеры". Там машинки лекго преобразовывались в трансформеров и обратно. Но... трансформатор у нас не преобразовывается по внешнему виду. Он обладает еще более удивительным свойством - преобразовывает переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения!  Это свойство трансформатора очень широко используется в радиоэлектронике и электротехнике.

Трансформаторы бывают однофазные и трехфазные. Что это означает? Да все просто! Есть ток, который течет по четырем проводам  - три фазы и ноль - это и есть трехфазный электрический ток. А есть ток, который течет по двум проводам - фаза и ноль - это однофазный ток. Для того, чтобы из трехфазного сделать однофазный, достаточно взять один провод трехфазного и его другой провод - ноль. Однофазный электрический ток поступает в Ваши дома. В вашей розетке переменный однофазный электрический ток 220 Вольт. Думаю, не будем сильно углубляться в подробности и рассмотрим в нашей статье однофазный трансформатор бытового назначения.

Рассмотрим вот такую картинку:

1 - первичная обмотка трансформатора

2 - магнитопровод

3 - вторичная обмотка трансформатора

Ф - направление магнитного потока

U1 - напряжение на первичной обмотке

U2  - напряжение на вторичной обмотке

На картинке показан самый обычный однофазный трансформатор. Давайте разберемся что у нас там накаверкано. 2 - это у нас магнитопровод. Он состоит из пластинок стали, по нему течет магнитный поток Ф  (показано стрелками). Этот магнитный поток создается переменным  напряжением, поданым на провод, намотанный на этот самый магнитопровод Ф. А снимается напряжение с провода, намотанного на другой стороне магнитопровода. Откуда берется напряжение во вторичной обмотке? Оно ведь никак не связано проводами? Все дело в магнитном потоке, который создает первичная обмотка. А вторичная обмотка его ловит и преобразовывает в переменное напряжение с такой же частотой.

Вот здесь точно такой же трансформатор, но в другом конструктивном виде.

Такой конструктивный вид обладат такими плюсами, как малые габариты и удобство использования.

Так от чего же зависит напряжение, которое выдает нам трансформатор на вторичной обмотке? А зависит оно от витков, которые намотаны на первичной и вторичной обмотке ! Вот она, вот она, формула моей мечты! ВОТ ОНА!

где

U2  - напряжение на вторичной обмотке

U1 - напряжение на первичной обмотке

N1 - количество витков первичной обмотки

N2 - количество витков  вторичной обмотки

I1 - сила тока первичной обмотки

I2 -  сила тока вторичной обмотки

В трансформаторе соблюдается закон сохранения энергии, то есть  какая мощность в транс заходит, такая и выходит.

Если подзабыли, что такое мощность, тогда читаем статью работа и мощность постоянного тока. Для переменного тока она определяется также, но только вместо постоянного напряжения берется среднеквадратичное напряжение.

Итак, у нас в гостях трансформатор от выжигательного прибора по дереву:

Его первичная обмотка  - это цифры 1,2. Вторичная обмотка - цифры 3,4. N1  - 2650 витков, N2 - 18 витков. Транс построен по упрощенной конструкции:

Его внутренности выглядят вот так:

Подключаем первичную обмотку транса к 220 Вольтам

Ставим крутилку на мультике на измерения переменного тока и замеряем напряжение на первичной обмотке (напряжение сети).

Замеряем напряжение на вторичной обмотке.

Настало время проверить наши формулы

1.54/224=0.006875 (коэффициент отношения напряжения)

18/2650=0.006792 (коэффициент отношения обмоток)

Сравниваем числа... погрешность вообще копейки! Формула работает, ура! Погрешность связана с потерями на нагрев обмоток транса и магнитопровода, а также погрешность измерения мультика. Насчет силы тока есть одно простое правило для транса: понижая напряжение, повышаем силу тока и наоборот, повышая напряжение трансом, понижаем силу тока.

Трансформатор, который преобразовывает большее напряжение в меньшее, называется понижающим, а который преобразовывает меньшее напряжение в  большее напряжение, называется повышающим. Также есть трансы, которые выдают такое же напряжение на выходе, как и на входе. Их чаще всего называют разделительными или развязывающими. У понижающего трансформатора вторичная обмотка выполнена из провода больше диаметра, потому что через нее потечет большая сила тока при низкоомной нагрузке. Если провод во вторичной обмотке будет малого диаметра, то согласно закону Джоуля-Ленца у нас он просто напросто нагреется  и спалит весь транс.

Основные неисправности транса могут заключаться в обрыве или в коротком замыкании обмоток. Хоть  на трансе они прилегают очень пллотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка транса. Если где-то возникло короткое замыкание, то транс будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Все зависит от того, где коротнули обмотки.

При  обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультика мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. На фото ниже я проверяю целостность первичной обмотки, которая состоит из 2650 витков. Сопротивление есть? Значит все ОК. Обмотка не в обрыве. Если бы была в обрыве, мультик показал бы на дисплее "1".

Таким же способом проверяем и вторичную обмотку, которая состоит из 18 витков

В заключении хотелось бы добавить, что некоторые электронщики сами мотают  трансы.  С помощью формулы транса они могут получить напряжение какое захотят. Кто-то с нуля мотает транс, а кто то переделывает под себя, добавляя обмотки или наоборот убирая лишние.

Читайте также