саморобні трансформатори

У 1831 році англійський вчений Фарадей виявив явище, яке зараз називається електромагнітної індукції. Для своїх дослідів Фарадей побудував спеціальний прилад: залізне кільце, на якому були намотані дві котушки (90). Мідний дріт котушок була добре ізольована. Ніякого з'єднання між собою котушки не мали. І все-таки варто було торкнутися проводами від котушки А полюсів батареї елементів, як стрілка гальванометра, приєднаного до котушки Б, різко відхиляється. Правда, відхилялася вона лише на одну мить. Потім можна було чекати скільки завгодно: ток справно протікав по котушці А, нерухомо стояла на нулі. І тільки при виключенні струму в котушці А стрілка знову робила стрибок, але тепер уже в протилежну сторону.

Скільки разів ні включав і ні вимикав Фарадей батарею, стрілка гальванометра в ці моменти завжди різко відхилялася, показуючи, що і в котушці Б з'явився струм, але тут же поверталася в колишнє положення.

Побудований Фарадеем при- Михайло Фарадей. бор не мав практичного значення. Один-єдиний поштовх струму нікому не потрібен. А для того щоб поштовхи струму в котушці Б слідували один за іншим, Фарадею потрібно було б весь час то включати, то вимикати струм в котушці А. Тоді ж не було ще відомий змінний струм, який тепер виробляють електростанції. Змінний струм сам собою 100 раз в секунду зникає і стільки ж раз знову з'являється. Тут вже не потрібно стояти біля приладу з проводом від котушки А в руках. У котушці Б і так будуть виходити 100 поштовхів струму в секунду. Але Фарадей не дожив до винаходу змінного струму.

Початок техніці змінного струму поклав чудовий український винахідник Павло Миколайович Яблочков. У 1876 році він побудував перший генератор змінного струму і застосував його для харчування своєї лампи - знаменитої «свічки Яблочкова».

Змінний струм подво- '/ j дился до ламп не прямо, а через спеціальні прилади з двома окремими обмотками, як у кільця Фарадея. Тепер уже всі лампи не були просто з'єднані послідовно. Загасиш одну лампу або групу ламп - інші продовжують горіти (91).

Так разом з генератором змінного струму народився перший трансформатор - простий прилад із залізним сердечником і двома обмотками, ізольованими один від одного (92). Спочатку він тільки мав лампи Яблочкова. Але через шість років, в 1882 році, трансформатор був застосований для живлення електродвигунів, ламп розжарювання та інших електричних приладів. Зробив це не вчений, не інженер, а простий механік Іван Усагін. Він працював у фізичній лабораторії Московського університету. Іван Пилипович Усагін став другим батьком трансформатора - чудового приладу, який вміє змінювати напругу і силу змінного струму.

Щоб краще зрозуміти, як працює трансформатор, спробуйте зробити досвід. Виріжте з жерсті 50- 60 смужок розміром по 90 X 20 мм. Складіть їх в пачку і туго оберніть папером. Це буде сердечник. Він незамкнений, як в перших трансформаторах Яблочкова та Уса- гина. Поверх паперу насуньте дві картонні щічки і приклейте їх на відстані 60 мм одна від одної. Намотайте між щічками 1500 витків ізольованого мідного дроту діаметром 0,2 мм. Кінці обмотки виведіть товстими проводами для включення в освітлювальну мережу.

Склейте з картону каркас і намотайте на ньому другу котушку в 150 витків ізольованого дроту діаметром 0,5 - 0,6 мм. Отвір в каркасі має бути таким, щоб він легко надягав на сердечник першої котушки.

До кінців другої котушки приєднаєте лампочку кишенькового ліхтарика, а першу котушку включите в освітлювальну мережу (93). Тільки не тримайте цю котушку включеної в мережу тривалий час: вона дуже сильно нагрівається і дріт може перегоріти.

Якщо наближати котушку з лампочкою до котушки, включеної в мережу, відбудеться чудове явище: волосок лампочки стане загострюватися і нарешті засяє білим світлом. Це і є електромагнітна індукція. Змінний струм першої котушки безперервно створює в другій котушці поштовхи струму то в одну, то в іншу сторону - значить, і в другій котушці струм виходить змінний. А напруга у нього інше. Адже якби ми лампочку кишенькового ліхтарика просто включили в мережу, вона б негайно перегоріла. Раз вона не перегорає - значить, напруга в другій котушці менше. Так вийшло тому, що на другій котушці менше витків, ніж на першій.

Змінний струм можна трансформувати - перетворювати - в залежності від того, скільки витків намотов-но на котушки. Напруга змінюється в стільки разів, у скільки разів відрізняються числа витків.

Але так можна розраховувати тільки в тому випадку, якщо первинна і вторинна обмотки намотані дуже близько одна до одної і якщо залізний сердечник замкнутий. Частина енергії втрачається ще по деяких інших причин, і тому в нашому досвіді у вторинній обмотці виходить напруга менше 12 вольт.

При виготовленні трансформатора можна зробити в другій котушці в кілька разів більше витків, ніж в першій. Так можна за допомогою трансформатора не тільки знижувати, але і підвищувати напругу.

Але навіщо це потрібно - підвищувати або знижувати напругу змінного струму? Чи не простіше залишити його гакім, яке воно є? Нам трансформатор знадобився, щоб знизити напругу для живлення наших моделей. Коли ви станете дорослими, вам доведеться мати справу вже не з моделями, а зі справжніми машинами. Чи потрібні там рансформатор?

Виявляється, що вони вкрай необхідні. Справа в тому, що потужність електричного струму (вати) дорівнює добутку напруги (вольти) на силу струму (ампер). Якщо, скажімо, напруга буде 120 вольт, а сила струму 100 ампер, то потужність цього струму дорівнює 120 X 100, або 12 000 ват. Але таку ж саму потужність можна отримати і при набагато меншому струмі. Варто, наприклад, підвищити напругу в 100 разів, тобто до 12 000 вольт, і потужність в 12 000 ват буде виходити при струмі всього в 1 ампер. Проходячи по звичайній освітлювальної проводки, струм силою в 1 ампер навіть не нагріє її, а від струму в 100 ампер вона б миттєво згоріла. Для такого струму потрібні дроти набагато товщі.

Потужність електростанцій дуже велика. Щоб передати цю потужність при низькій напрузі, знадобилися б не дроти, а цілі колоди з міді. Такі дроти коштували б дуже дорого, а для того щоб їх підвісити, потрібні були б не стовпи і навіть не металеві щогли, а могутні башти, що стоять дуже близько одна від одної.

На виручку приходить трансформатор. Він підвищує напругу до багатьох десятків тисяч вольт. Тепер та ж потужність передається набагато меншим струмом. Здавалося б, все добре. Але струм такої високої напруги дуже небезпечний для життя. Його не можна проводити на заводи, в колгоспи, в будинку. Крім того, дуже висока напруга важко використовувати для приведення в рух електродвигунів, для розжарювання ниток лампочок і для інших потреб.

Припадає близько споживачів електроенергії ставити знижувальні трансформатори. Кожен такий трансформатор обслуговує невеликий район. Від нього до споживачів йдуть не дуже довгі дроти, по яких передається незначна частина потужності електростанції. Інша потужність йде в інші райони, де стоять свої трансформатори. Виходить і економно і зручно.

Для наших електродвигунів потрібна напруга 4-6-8 вольт. Його неважко отримати за допомогою саморобного трансформатора.

Дуже легко виготовити трансформатор, якщо дістанете готовий сердечник від якогось старого трансформатора невеликої потужності. Найкраще підходять сердечники від силових трансформаторів радіоприймачів. Сердечник набраний з пластин, що мають форму літери «Ш» (94). Зазвичай їх вставляють в котушку поперемінно то з одного, то з іншого боку, а ніжки кожного «Ш» замикають пластинами в, формі смужки. Така збірка називається складанням «вперекришку».

Пластини бувають різної величини. Якщо, наприклад, ширина середньої ніжки у літери «Ш» - 20 мм, то таке залізо називають «Ш-20». Для нашого трансформатора годиться залізо розміром від «Ш-18» до «Ш-25».

Товщина пакета залежить, від потужності трансформатора. Нам потрібна така товщина, щоб площа перерізу середньої ніжки пакета була близько 6 кв. см. Для заліза «Ш-18» це буде приблизно 35 мм, для «Ш-25» - 25 мм.

За розмірами середньої ніжки підготуйте дерев'яний брусок і склейте на ньому з картону міцну котушку (94, справа). Її висота повинна бути на 1 мм менше висоти середньої ніжки, а щічки повинні входити між крайніми ніжками літери «Ш».

Якщо напруга у вас 120 вольт, намотайте на котушку 1200 витків ізольованого проводу діаметром 0,31-0,35 мм. Кінці обмотки виведіть через щічки котушки. Тільки спочатку зрозумієте, з якого боку щічки виводити, щоб при складанні трансформатора кінці не потрапили під залізо. Це первинна обмотка. Коли будете її мотати, через кожні кілька рядів прокладайте стрічку парафінованого паперу або креслярської кальки на всю ширину котушки. Це поліпшить ізоляцію. Всю первинну обмотку оберніть двома-трьома шарами паперу і вже поверх неї беріть вторинну.

Нам потрібно отримати напруга 4, 6 і 8 вольт. Значить, кількість витків вторинної обмотки має бути в 30, 20 і 15 разів менше, ніж у первинної - 40, 60 і 80 витків. Це при напрузі мережі 120 вольт. Якщо напруга мережі 220 вольт, краще, не змінюючи числа витків вторинної обмотки, намотати первинну із 2200 витків дроту 0,25 - 0,29 мм.

Звичайно, у вторинній обмотці не потрібно мотати від- - до діла 40, 60-й 80 витків, досить намотати всього 80 витків і зробити відводи від 40-го і 60-го витка. Тоді, якщо двигун приєднаємо до першої частини обмотки, а решту її частину залишимо вільної, ми отримаємо на двигуні напруга 4 вольта; якщо включити до відведення 60-го витка, отримаємо 6 вольт; включення всієї вторинної котушки дасть нам 8 вольт (95).

Ця обмотка повинна давати великий струм низької напруги. Тонкий дріт при проходженні по ньому великого струму сильно нагрівається, тому вторинну обмотку потрібно намотати проводом діаметром не менше 1 мм; найкраще взяти провід діаметром 1,2 мм.

Готову котушку туго набийте залізом «вперекриш- ку». Заганяючи останні пластини, не перекосів їх - інакше легко кутом пластини прорізати каркас котушки і пошкодити обмотку.

Якщо готового трансформаторного заліза у вас немає, не біда - сердечник трансформатора можете зробити зі смужок жерсті або покрівельного заліза. Знадобиться 80 смужок довжиною по 280 мм і шириною по 25 мм. На дерев'яному бруску перетином 25 X 25 мм склейте міцну котушку висотою 70 мм. На цю котушку намотайте 1200 витків ізольованого проводу діаметром 0,31 - 0,35 мм для напруги мережі 120 вольт або 2200 витків дроту 0,25-0,29 мм для напруги 220 вольт.

При розрахунку вторинної обмотки для цього трасформа- тора доведеться врахувати, що замість спеціального трансформаторного заліза ми застосовуємо жесть від 'консервних банок і в результаті отримаємо меншу величину напруги. Тому краще збільшити кількість витків у вторинній обмотці і намотати не 80, а 110 витків з відводами від 55-го і 85-го витка. Провід для вторинної обмотки потрібен діаметром 1,0-1,2 мм.

У готову котушку вставте бляшані або залізні смужки, стільки, скільки вдасться загнати. Котушка повинна бути туго набита. Половину смужок загніть на праву сторону, половину - на ліву (96). Щоб в місцях з'єднання кінців смужок не виходило потовщень, зводите смужки встик, але стики робіть в різних місцях. Надлишок смужок зрізайте.

Трохи краще стисніть смужки і в декількох місцях туго перев'яжіть ізоляційною стрічкою. Якщо смужки НЕ будуть щільно притиснуті один до одного, то під час роботи трансформатора вони будуть тремтіти і сильно гудіти. Для кращої роботи трансформатора корисно до набивання покрити смужки сердечника лаком або обклеїти їх все цигарковим папером з одного боку, як зроблено у справжнього трансформаторного заліза.

Готовий трансформатор зміцните на дошці, проводи вторинної обмотки підведіть до клем з написами «О-4-6-8 вольт», а кінці первинної виведіть освітлювальним шнуром з вилкою на кінці (97).

Під час роботи трансформатор трохи нагрівається. Не звертайте на це уваги - правильно розрахований трансформатор повинен бути теплим. Конечеслі він нагрівається таксільно, що починає диміти, - це погано. Значить, десь пошкоджена ізоляція проводів. Доведеться розібрати трансформатор, знайти пошкоджене місце і виправити, а потім знову намотати.

Якщо все зроблено акуратно, зможете безпечно користуватися міською мережею, не боячись того, що перегорять запобіжники і квартира залишиться без світла. Трансформатор - прекрасний апарат для харчування саморобних електродвигунів і проведення електротехнічних дослідів.