Как изменить напряжение?

Простейшие электрические устройства, которые наш журнал предлагал начинающим, работают от батареи 3336Л для карманного фонаря. Но она не может давать много энергии: после нескольких часов бесперебойной работы батарейка «садится», и тогда ее нужно менять.

Гораздо удобнее питать самоделки от постоянного источника электрического тока — особого прибора, который берет энергию от осветительной сети. Это понижающий трансформатор. Включив такой прибор в квартирную розетку, можно получить любое нужное вам напряжение: 4, 6, 8 или 12 вольт (В).

Чем же объясняются чудесные свойства трансформатора? Секрет в самом электрическом токе. Батарея 3336Л служит источником постоянного тока, то есть тока, который течет все время, пока действует элемент, в одном и том же направлении. А в квартирной сети действует переменный ток, изменяющий направление своего движения 50 раз в секунду, или с частотой 50 герц (Гц).

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тем, что он чудесным образом поддается трансформированию, то есть преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низкого напряжения или наоборот.

Устройство трансформатора несложно. На сердечник намотаны две катушки изолированного провода, именуемых обмотками. На схемах их изображают так же, как катушки индуктивности. Линия между ними обозначает сердечник.

Действие трансформатора основано на электромагнитной индукции. Переменный ток, текущий по одной из обмоток, создает вокруг нее и в стальном сердечнике переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора, индуцируя в ней переменную э. д. с. той же частоты. Если к выводам этой обмотки подключить какую-либо нагрузку, например лампу накаливания, то по замкнутой цепи потечет переменный ток.

Обмотку, к которой подводится переменный ток, предназначенный для трансформирования, называют первичной, а ту, в которой индуцируется переменный ток, — вторичной.

Напряжение, получаемое на выводах вторичной обмотки, зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Если последняя содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной. И, наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то и развиваемое в ней напряжение больше напряжения, подводимого к первичной обмотке.

При этом мощность тока P=UI, которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Следовательно, повышая напряжение, мы проигрываем в величине тока, а выигрывая в величине тока, мы теряем в напряжении.

А теперь самостоятельно изготовьте понижающий трансформатор на напряжения 4, 6, 8 и 12 В. Подходящий сердечник для него можно взять от какого-либо испорченного трансформатора, подсчитать по сердечнику число витков, которые должны быть в обмотках, а затем, подобрав провод, намотать обмотки.

Любой трансформатор питания характеризуется наибольшей мощностью тока, которую он может преобразовать. Эта мощность тем больше, чем больше поперечное сечение сердечника S.

В трансформаторах, используемых для питания радиоприемников, магнитофонов, телевизоров, сердечники обычно набираются из пластин Ш-образной формы с перемычками к ним или навиваются из полос, штампованных из специальной, так называемой электротехнической, стали.

Расчет трансформатора ведите в таком порядке. Сначала определите площадь поперечного течения S сердечника. Для этого толщину пакета в сантиметрах умножьте на ширину среднего «язычка» пластин (тоже в сантиметрах). Затем подсчитайте число витков W, которое должно приходиться на 1 В напряжения при данном сечении сердечника S, по формуле:

W = 50/S.

Количество витков первичной обмотки зависит от того, какое напряжение у вас в квартире: 220 или 127 В. Если мы хотим понизить напряжение 220 В, то первичная обмотка должна иметь n1 = 220*W витков, а если оно равно 127 В, достаточно будет намотать всего 127*W витков провода ПЭЛ 0,3—0,5 (для 220-вольтовой обмотки тоньше, а для 127-вольтовой — толще).

Пользуясь деревянной оправкой (см. рисунок), склейте из плотной бумаги или прессшпана каркас для размещения обмоток. У его основания сделайте в щечке отверстие и выведите конец провода длиной около 20 см — начало катушки.

Мотать следует в одну сторону, укладывая виток к витку. Каждый слой прокладывают папиросной бумагой или калькой. После того как сделан последний виток обмотки, провод закрепите с помощью ниток и выведите его наружу через другое отверстие в щечке.

Поверх первичной обмотки наложите слой изоляционной ленты без пропусков.

Вторичную обмотку сделайте проводом ПЭЛ 1,0—1,5, намотав ее поверх изоляционной ленты. Если у вас не найдется провода такого диаметра, сложите вместе три провода ПЭЛ 0,3—0,5 и ведите намотку «утроенным» проводом.

Такая обмотка будет давать напряжение около 12 В, если намотать n2= 12*W витков. А что надо сделать, чтобы с помощью нашего трансформатора получать 4, 6, 8 и 12 В? Оказывается, если разделить витки вторичной обмотки на части, то, кроме 12 В, можно получить и меньшие напряжения. Для этого намотайте сначала 4*W витков и сложите провод вдвое, сделав отвод длиной 10 см. Эти витки составляют секцию вторичной обмотки. На ее выводах при включении трансформатора в сеть напряжение будет составлять 4 В.

Сделав отвод от первой секции, продолжайте работу. Намотайте в том же направлении вторую секцию в 2*W витков. Начало первой секции и конец второй дадут на выходе 6 В. Следующие 2*W витков третьей секции увеличат общее напряжение еще на 2 В. И наконец, намотав все витки вторичной обмотки, получим 12 В. Между ними расположатся выводы отдельных секций, дающих напряжение 4, 6, и 8 В.

Не забудьте концы выводов обмоток и секций очистить от изоляции.

Теперь займитесь сердечником трансформатора. Его пластины собирают «вперекрышку» до полного заполнения окна каркаса и стягивают болтами или шпильками с гайками, предварительно обернув их бумагой, чтобы пластины через стягивающие болты не замыкались. Плохо стянутый сердечник будет гудеть.

Испытывать трансформатор можно только после окончательной сборки и обязательно через предохранитель. При этом надо следить, чтобы выводы обмоток не замыкались между собой.

Разберем такой пример. Допустим, мы имеем сердечник из пластин Ш25 (Ш-образных с шириной среднего «язычка» 25 мм) с толщиной пакета пластин 4 см. Значит, площадь сечения сердечника будет 2,5X4 = 10 см².

Узнаем число витков, которое для данного сердечника должно приходиться на 1 В напряжения:

W = 50/S = 50/10 = 5 витков.

Теперь нетрудно определить число витков в каждой обмотке. В сетевой обмотке должно быть 5×220=1100 витков или 5X127=635 витков. Для вторичной обмотки нужно намотать 5X12=60 витков, сделав отводы от 20, 30 и 40-го витков.

Для трансформатора сделайте деревянный ящик-футляр (он предохранит прибор от повреждений), установите на нем клеммы, к которым подсоедините выводы вторичной обмотки.

Включите первичную обмотку в сеть, а к зажимам 1—3 присоедините самодельный электродвигатель или лампу на 6,3 В.

А. ВАЛЕНТИНОВ