Transformátory sú jednoduché, ale mimoriadne užitočné elektrické zariadenia a fungujú kvôli javu známemu ako elektromagnetická indukcia. Ak umiestnite vodivý vodič do meniaceho sa magnetického poľa, pole indukuje v vodiči elektrický prúd a tam, kde je prúd, existuje potenciálny rozdiel alebo napätie. Platí to aj naopak. Meniaci sa prúd vo vodiči vytvára magnetické pole. Pretože sa musí prúd meniť (v toku), transformátory pracujú iba so striedavým prúdom, čo je výhodou striedavého prúdu pred jednosmerným prúdom.
Napätie závisí od počtu prechodov vodiča magnetickým poľom. Napätie v jednom obvode - primárny obvod - môžete transformovať na odlišné napätie v a sekundárny obvod úpravou počtu prechodov vodičov pre každý obvod cez magnetické pole. Toto zariadenie je transformátor a keď znižuje napätie v sekundárnom obvode, je to transformátor so zníženou hodnotou. To je presne to, čo transformátor na elektrickom vedení mimo vášho domu. Je ľahké vyrobiť si vlastný transformátor s postupným znižovaním, ale nebude taký veľký a výkonný ako ten v elektrickom vedení. Bude to fungovať úplne rovnako.
Transformátory používajú vinutia
Transformátor používa jeden vodič viackrát vinutý okolo centrálneho jadra pre primárny obvod a iný vodič sa tiež viackrát vinul okolo rovnakého alebo iného jadra pre sekundárny obvod. Pomer počtu vinutí v týchto cievkach určuje napätie v sekundárnej cievke. Vzorec transformátora, ktorý vyplýva z Faradayovho zákona, je:
\ frac {N_s} {N_p} = \ frac {V_s} {V_p}
kde Ns a Np sú počet vinutí v sekundárnej a primárnej cievke a Vs a Vp sú napätia.
V transformátore s postupným znižovaním je sekundárne napätie menšie ako primárne napätie, takže počet vinutí v sekundárnej cievke musí byť menší ako počet v primárnej cievke. Ak poznáte napätie v primárnom obvode a máte cieľ pre sekundárnu cievku, dosiahnete svoj cieľ úpravou počtu vinutí na oboch cievkach.
Konštrukcia krokového transformátora
Najefektívnejšie transformátory majú feromagnetické jadrá, pretože tento materiál magnetizuje primárna cievka a prenáša energiu na sekundárnu cievku efektívnejšie, ako to dokážu cievky sami. Jednoduchým spôsobom, ako získať feromagnetickú cievku, je nájsť veľkú oceľovú podložku v železiarstve alebo vrakovisku. Mal by mať priemer 2 až 3 palce.
Na výrobu cievok môžete použiť akýkoľvek vodivý drôt, ale najlepší je magnetický drôt s priemerom 28, ktorý je veľmi tenký medený drôt potiahnutý izoláciou. Aby ste vytvorili primárnu cievku, omotajte drôt tesne okolo podložky najmenej 500-krát, pričom drôt držte pevne pri sebe. Ak je to potrebné, naviňte ho po vrstvách. Počítajte opatrne počet vinutí a počet si zaznamenajte. Po dokončení navíjania nechajte dva konce voľné na pripojenie k zdroju energie a okolo vodičov ich omotajte krycou páskou, aby ste ich udržali na mieste.
Pretože budujete zostupný transformátor, počet vinutí v sekundárnej cievke bude menší. Skutočný počet závisí od požadovaného napätia a môžete ho vypočítať pomocou vzorca transformátora. Naviňte sekundárnu cievku na vrchnú časť primárnej cievky a nechajte jej voľné konce na pripojenie k metru. Cievku omotajte maskovacou páskou a potom celý transformátor omotajte elektrickou páskou, aby ste ju izolovali. Transformátor je teraz pripravený na testovanie.
Príklad výpočtu
Predpokladajme, že chcete znížiť 120-voltové napájanie z domácej elektrickej zásuvky na 12 voltov. Pomer napätia je 12/120 = 1/10, takže ak má primárna cievka 500 vinutí, sekundárna cievka by mala mať 50.
Upozorňujeme, že použitie domáceho napätia v tomto výpočte je iba príkladom a prúdom prechádza pod takým veľkým napätím sa drôty rýchlo zahrejú a bolo by nebezpečné skutočne sa o to pokúsiť zmenšiť. Je bezpečnejšie použiť tento primárny transformátor pre oveľa menšie vstupné napätia zo bezpečnejších zdrojov. Nenechávajte transformátor pripojený dlhšie.
Varovania
Nepokúšajte sa transformátor používať so zásuvkami alebo obvodmi v domácnosti.