Transformatory są prostymi, ale niezwykle użytecznymi urządzeniami elektrycznymi, a działają dzięki zjawisku zwanemu indukcją elektromagnetyczną. Jeśli umieścisz przewód przewodzący w zmiennym polu magnetycznym, pole indukuje w nim prąd elektryczny, a tam, gdzie jest prąd, występuje różnica potencjałów, czyli napięcie. Odwrotność też jest prawdziwa. Zmieniający się prąd w przewodniku wytwarza pole magnetyczne. Ponieważ prąd musi się zmieniać (w strumieniu), transformatory pracują tylko z prądem przemiennym, co jest przewagą prądu przemiennego nad prądem stałym.
Napięcie zależy od tego, ile razy przewodnik przechodzi przez pole magnetyczne. Możesz przekształcić napięcie w jednym obwodzie – obwodzie pierwotnym – na inne napięcie w a obwód wtórny, dostosowując liczbę razy przewody dla każdego obwodu przechodzą przez pole magnetyczne. Urządzenie, które to robi, to transformator, a gdy obniża napięcie w obwodzie wtórnym, to transformator obniżający napięcie. To jest dokładnie to, co robi transformator na linii energetycznej na zewnątrz domu. Łatwo jest zrobić własny transformator obniżający napięcie, ale nie będzie on tak duży i potężny jak ten na linii energetycznej. Będzie jednak działał dokładnie w ten sam sposób.
Transformatory wykorzystują uzwojenia
Transformator wykorzystuje jeden przewodnik owinięty wielokrotnie wokół centralnego rdzenia dla obwodu pierwotnego i inny przewodnik również owinięty wielokrotnie wokół tego samego lub innego rdzenia dla obwodu wtórnego. Stosunek liczby uzwojeń w tych cewkach określa napięcie w cewce wtórnej. Wzór na transformator wynikający z prawa Faradaya to:
\frac{N_s}{N_p}=\frac{V_s}{V_p}
gdzie Ns oraz np to liczba uzwojeń odpowiednio w uzwojeniu wtórnym i pierwotnym oraz Vs i Vp są napięcia.
W transformatorze obniżającym napięcie wtórne jest mniejsze niż napięcie pierwotne, więc liczba uzwojeń w cewce wtórnej musi być mniejsza niż liczba w cewce pierwotnej. Jeśli znasz napięcie w obwodzie pierwotnym i masz cel dla uzwojenia wtórnego, osiągniesz swój cel, dostosowując liczbę uzwojeń na obu cewkach.
Konstruowanie transformatora obniżającego napięcie
Najwydajniejsze transformatory mają rdzenie ferromagnetyczne, ponieważ materiał ten zostaje namagnesowany przez cewka pierwotna i przenosi energię do uzwojenia wtórnego wydajniej niż cewki mogą to zrobić sami. Prostym sposobem na uzyskanie cewki ferromagnetycznej jest znalezienie dużej stalowej podkładki w sklepie z narzędziami lub na złomowisku. Powinien mieć średnicę od 2 do 3 cali.
Do wykonania cewek można użyć dowolnego drutu przewodzącego, ale najlepszy jest drut magnetyczny o średnicy 28, który jest bardzo cienkim drutem miedzianym pokrytym izolacją. Aby utworzyć cewkę pierwotną, owinąć drut ciasno wokół podkładki co najmniej 500 razy, trzymając go mocno razem. W razie potrzeby nawiń go warstwami. Uważnie policz liczbę uzwojeń i zanotuj liczbę. Po zakończeniu nawijania pozostaw oba końce wolne do podłączenia do źródła zasilania i owiń przewody taśmą maskującą, aby utrzymać je na miejscu.
Ponieważ konstruujesz transformator obniżający napięcie, liczba uzwojeń w uzwojeniu wtórnym będzie mniejsza. Rzeczywista liczba zależy od pożądanego napięcia i można to obliczyć za pomocą wzoru na transformator. Nawiń cewkę wtórną na pierwotną, pozostawiając końce wolne do podłączenia do licznika. Owiń cewkę taśmą maskującą, a następnie owiń cały transformator taśmą elektryczną, aby go zaizolować. Transformator jest teraz gotowy do testowania.
Przykładowe obliczenia
Załóżmy, że chcesz obniżyć 120-woltową moc z domowego gniazdka elektrycznego do 12 woltów. Stosunek napięcia wynosi 12/120 = 1/10, więc jeśli uzwojenie pierwotne ma 500 uzwojeń, to uzwojenie wtórne powinno mieć 50.
Pamiętaj, że użycie napięcia domowego w tym obliczeniu jest tylko przykładem, a przepływ prądu przy tak wysokim napięciu przewody szybko się nagrzeją, a próba jego podjęcia byłaby niebezpieczna zmniejszyć. Bezpieczniej jest używać tego podstawowego transformatora do znacznie mniejszych napięć wejściowych z bezpieczniejszych źródeł. Nie pozostawiaj transformatora podłączonego przez dłuższy czas.
Ostrzeżenia
Nie próbuj używać transformatora z gniazdkami lub obwodami w domu.