Transformatoren zijn eenvoudige maar uiterst nuttige elektrische apparaten, en ze werken vanwege een fenomeen dat bekend staat als elektromagnetische inductie. Als je een geleidende draad in een veranderend magnetisch veld plaatst, induceert het veld een elektrische stroom in de draad, en waar stroom is, is er een potentiaalverschil of spanning. Het omgekeerde is ook waar. Een veranderende stroom in een geleider creëert een magnetisch veld. Omdat de stroom moet veranderen (in flux), werken transformatoren alleen met wisselstroom, wat een voordeel is van wisselstroom boven gelijkstroom.
De spanning hangt af van het aantal keren dat de geleider door het magnetische veld gaat. Je kunt de spanning in het ene circuit - het primaire circuit - transformeren naar een andere spanning in a secundair circuit door het aantal keren aan te passen dat de geleiders voor elk circuit door de gaan magnetisch veld. Het apparaat dat dit doet is een transformator, en wanneer het de spanning in het secundaire circuit verlaagt, is het een step-down transformator. Dit is precies wat de transformator op de hoogspanningslijn buiten uw huis doet. Het is gemakkelijk om je eigen step-down transformator te maken, maar hij zal niet zo groot en krachtig zijn als die op het elektriciteitsnet. Het zal echter op precies dezelfde manier werken.
Transformatoren gebruiken wikkelingen
Een transformator gebruikt een enkele geleider die meerdere keren rond een centrale kern voor het primaire circuit is gewikkeld, en een andere geleider is ook meerdere keren rond dezelfde of een andere kern voor het secundaire circuit gewikkeld. De verhouding van het aantal wikkelingen in deze spoelen bepaalt de spanning in de secundaire spoel. De transformatorformule, die volgt uit de wet van Faraday, is:
\frac{N_s}{N_p}=\frac{V_s}{V_p}
waar Nzo en Np zijn het aantal windingen in respectievelijk de secundaire en primaire spoelen en Vzo en Vp zijn de spanningen.
In een step-down transformator is de secundaire spanning lager dan de primaire spanning, dus het aantal wikkelingen in de secundaire spoel moet kleiner zijn dan het aantal in de primaire spoel. Als je de spanning in het primaire circuit kent en je hebt een doel voor de secundaire spoel, dan bereik je je doel door het aantal wikkelingen op beide spoelen aan te passen.
Een step-down transformator bouwen
De meest efficiënte transformatoren hebben ferromagnetische kernen omdat dit materiaal wordt gemagnetiseerd door de primaire spoel en brengt de energie efficiënter over naar de secundaire spoel dan de spoelen kunnen doen door: zich. Een gemakkelijke manier om een ferromagnetische spoel te verkrijgen, is door een grote stalen ring te vinden bij een ijzerhandel of een sloopwerf. Het moet een diameter van 2 tot 3 inch hebben.
U kunt elke geleidende draad gebruiken om de spoelen te maken, maar het beste is 28-gauge magnetische draad, een zeer dunne koperdraad bedekt met isolatie. Om de primaire spoel te maken, wikkelt u de draad minstens 500 keer dicht om de ring, waarbij u de draad strak tegen elkaar houdt. Wikkel het indien nodig in lagen. Tel het aantal windingen zorgvuldig en noteer het aantal. Als u klaar bent met opwinden, houdt u de twee uiteinden vrij voor aansluiting op de stroombron en wikkelt u afplakband om de draden om ze op hun plaats te houden.
Omdat je een step-down transformator bouwt, zal het aantal wikkelingen in de secundaire spoel kleiner zijn. Het werkelijke aantal is afhankelijk van de gewenste spanning en kunt u berekenen met behulp van de transformatorformule. Wikkel de secundaire spoel bovenop de primaire, zodat de uiteinden vrij zijn om op een meter aan te sluiten. Wikkel de spoel in met plakband en wikkel vervolgens de hele transformator met elektrische tape om deze te isoleren. De transformator is nu klaar om te testen.
Voorbeeldberekening
Stel dat u de stroom van 120 volt van het stopcontact in huis wilt verlagen naar 12 volt. De spanningsverhouding is 12/120 = 1/10, dus als de primaire spoel 500 wikkelingen heeft, moet de secundaire spoel er 50 hebben.
Merk op dat het gebruik van uw thuisspanning in deze berekening slechts een voorbeeld is, en de huidige passerende current onder deze hoge spanning zullen de draden snel opwarmen en zou het gevaarlijk zijn om het daadwerkelijk te proberen verminderen. Het is veiliger om deze rudimentaire transformator te gebruiken voor veel kleinere ingangsspanningen uit veiliger bronnen. Laat de transformator niet voor langere tijd aangesloten.
Waarschuwingen
Probeer de transformator niet te gebruiken met de stopcontacten of circuits van uw huis.
