Принцип работы трансформатора и виды трансформаторов.

gallery/mailservice

Все прекрасно знают слово трансформатор. Многие знают самые разные виды трансформаторов, и даже умеют их установить и подключить своими руками. Но вот какое оно, устройство трансформатора и что это вообще такое, знают очень немногие. Итак, принцип работы трансформатора и что это вообще такое. Давайте присмотримся внимательнее.

Трансформатор что это и при чём тут трансформеры?

Начнём с транфсормеров, нашумевшего фильма. Если помните, в нём роботы могут принимать любую форму, если. Вот и первое «если». Если они принимают форму другого механизма. Стать объектом биологическим не может даже трансформер – только механизмом.

Это один из принципов действия трансформатора, он может изменить параметры напряжения и токов, но если у него есть входящее напряжение и если оно достаточное для преобразования. Кстати, само слово трансформатор образовано от латинского слова transformo -преобразовать, изменить или переделать, сохранив суть. Обратим внимание, не создать что-то новое, а именно изменить то, что есть.

Экскурс в историю или Фарадей и его опыты

Считается, что начало своей истории все виды трансформаторов ведут с 1831-го года, именно тогда Майкл Фарадей (куда же без Фарадея, если мы снова говорим про основы электричества!) сформулировал принципы электромагнитной индукции. По непонятным никому мотивам, Фарадей намотал на железное кольцо два провода одного сечения, но разной длины. Честное слово, не спрашивайте никого о мотивах этого поступка. Это и в печатном виде выглядит нелепо, а уж как это выглядело в жизни… Взрослый мужчина, обматывает железное колечко проводами…

Впрочем, свои резоны у Фарадея были, поскольку в итоге он получил принцип работы трансформатора, причём в том самом виде, в котором они, виды трансформаторов, благополучно дожили до наших дней. Итак, что обнаружил мистер Фарадей?

На железном кольце (сердечнике) были две изолированные обмотки (два провода, между которыми нет контакта). При подаче тока в одну обмотку, во второй возникал ток, хотя она и не была никуда подключена. Изначально Фарадей решает, что преодолел ограничения о сохранении энергии (не совсем верно считать, что этот принцип сформулировал Эйнштейн). Для демонстрации нарушения этого принципа он приглашает коллег. Они фиксируют эффекты, а независимо от них в процессе опытов Джозеф Генри обращает внимание на то, что использование магнитов меняет характеристики токов.

Сложно сказать, кому стоит доверить право открытия того, что мы называем принцип действия трансформатора, но оба этих учёных имеют свои единицы измерения. Вы их знаете:

Генри (Гн или Н) единица измерения индуктивности.

Фарад (Ф или F) единица измерения электрической ёмкости.

Вольт. (В или V) единица измерения электрического потенциала.

Спросите, а при чём тут старина Вольт? Если мы говорим о том, чем занимались Генри и Фарадей? Да просто дело в том, что к тому времени без Вольта уже не обходилось ни одно измерение в электричестве. О чём красноречиво говорит уже то, что все мы наизусть знаем его фамилию.

Впрочем, довольно истории, вернёмся к теме. Трансформатор тока, принцип работы которого мы решили рассмотреть.

Итак, что такое трансформатор? Прежде всего, это металлический сердечник, на котором имеются две обмотки. Каждая из обмоток независима (изолирована от другой), но при подключении одной из них к сети, вторая индуцирует ток. Выглядит это как-то так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выглядит и правда как странная передача энергии, с нарушением принципа сохранения энергии, чему радовался Фарадей. Но эта иллюстрация всё объясняет и ставит на свои места:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Надеемся, эта картинка действительно объяснила принцип работы трансформатора, а также разъяснила, куда девается лишний ток или откуда берётся излишний. Если и после этой графики не всё ясно, давайте двигаться дальше.

Немного более серьёзно о том, что такое трансформатор, но простыми словами

Итак, начнём с того, что трансформатор Фарадея (не морщитесь, это все-таки Майкл его придумал), не выдавал ток во второй обмотке, когда в первой ток достигал максимального значения. Для получения тока во вторичной обмотке, приходилось заново включать первичную обмотку. Дело в том, что Фарадей работал с постоянным током. Именно это стало причиной того, что у нас по улицам катаются авто с бензиновыми ДВС. Если бы тогда Фарадей и Генри стали работать с переменным током, возможно в автомобилестроении дело до бензинового двигателя и не дошло бы.

Именно по этой причине, принцип работы трансформатора был сформулирован как изменение параметров тока при его нарастании до пиковых значений в первичной обмотке.

Вторым, не менее ошибочным описанием принципа действия трансформатора является это:«Трансформатор это устройство, предназначенное для преобразования тока одного напряжения в ток другого напряжения, но той же частоты» . Кроме этой несуразицы есть и иные формулировки, причём большинство из них крутится именно вокруг переменного тока.

Так в чём же такое отличиепеременного тока от постоянного , с которым Фарадей собирал свои первые трансформаторы, а Генри первые электродвигатели? Разумеется, разница в том, что направление тока у переменного тока меняется само. То, что приходилось делать Фарадею, перезапуская первичную обмотку постоянного тока, переменный ток делает сам. Постоянно «гладя электромагнит против шерсти». До 50 герц в секунду. Именно это создаёт ЭДС, то самое при помощи чего меняются характеристики токов. И это то самое ЭДС, о котором часто говорят неверно, ведь трансформатор тока, принцип работы которого мы рассматриваем, работает не на магнитном сердечнике, а на ферромагнитном. Разница небольшая для тех, кто не в курсе, но она есть.

Итак, мы имеем ферромагнитныйсердечник. Фактически замкнутое кольцо, которое набирается в промышленных вариантах из пластин, известных детям СССР как Ш, которые можно метать как сюрикены.

Левая и правая I этой буквы Ш основа обмотки первичной и вторичной. Эти буквы «вложены» одна в другую, это существенно удешевило создание контуров.

Делаем обмотку. Первичную и вторичную. Даже видеть этот процесс удовольствие. Хотя и довелось, наверное, немногим. Оформляем ввод-вывод и, конечно, маркируем изделие.

Остаётся указать, что нужно подать на входе и что мы получим на выходе. Если конечно на трансформаторе хватит места для маркировки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это конечно, шутка. Тут места хватит. А мы вот про это:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это тоже трансформаторы, но физические размеры их несколько миллиметров толщиной.

В этом и есть принцип работы трансформатора, в котором размер не имеет значения. Именно принцип позволяет преобразовать напряжение. Принцип, а не физический размер.

Мы наматываем на ферромагнетик провода, по которым пускаем электрический ток. А с другой обмотки примерно таких же проводов, снимаем ток, но уже с другими значениями. В этом и состоит принцип действия трансформатора, если Вы поняли, куда девается разница понижения напряжения и откуда берётся дополнительное напряжение при повышении. Давайте, ещё немного почитаем физику электричества.

Куда уехал цирк, он был ещё вчера?

Давайте не будем обманывать себя так, как Фарадей, который изначально наблюдал энергию, берущуюся ниоткуда. Очень даже откуда и, кроме того, что она берётся, она ещё и вопреки стремлениям Фарадея очень даже сохраняется. Это хорошо видно на этой картинке:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сколько вошло слева, столько вышло и справа. Точнее справа вышло меньше ровно настолько, сколько вернулось влево. Это классическая схема устройства трансформатора, понижающего напряжение.

После очень небольших доработок, это же устройство будет повышать напряжение, если это необходимо. Но это отдельная тема для разговора, ведь чтобы повысить напряжение, нужно добавить энергии. А если закон сохранения энергии никто не отменил, её нужно у кого-то украсть. Впрочем, это тоже шутка. Даже в принципе работы трансформатора, повышающего напряжение, ему ни у кого не надо воровать энергию. На него как раз и работает принцип сохранения энергии, как бы это нелепо и не выглядело со стороны. Но это так и есть.

Как повышение напряжения, так и понижение в трансформаторе совершенно точно соответствует принципам сохранении энергии. Количества энергии, если можно так выразиться.

В случае понижения она возвращается туда, откуда поступает;

В случае повышения используются материалы и специальные возможности, при которых частично энергия «добирается» из внешнего источника за счёт его «расхода».

Примерно так же, как с фломастером. Вообще устройство трансформатора очень похоже на фломастер. Если Вам хочется, чтобы он чертил красивую и толстую линию, его нужно заправить. И желательно делать это регулярно. Тогда он будет чертить линии, и радовать Вас красками. А можно кинуть его в ящик на пару лет и он высохнет. И если Вам понадобится линия, он Вам помочь не сможет. Высох.

Трансформатор это примерно то же самое. Если за ним не ухаживать, он «высохнет». И когда Вам понадобится линия питания, Вы можете оказаться в ситуации, в которой заправлять будет нечего и не за чем. Так что не стоит думать, что трансформатор это замечательный прибор для обмана закона сохранения энергии, обхода основ мироздания и возможности открутить назад счётчик, чтобы уменьшить платежи за электроэнергию.

Это ни первое, ни второе, ни третье. Это, образно говоря – компот. Десерт энергетики, который позволяет получить нам в нужном месте в нужное время нужные параметры сети. Все виды трансформаторов, которые сегодня используются в быту, предназначены именно для этого. И сам принцип работы трансформатора нацелен именно на это – дать нам нужное напряжение в нужном месте.

Не стоит пробовать обмануть основы физики. Фарадей, обнаружив ЭДС, думал что обманул. Генри, заметив колебательные движения без видимых трат энергии тоже. Даже Вольт считал, что обошёл закон сохранения энергии, создав свой замкнутый контур. Но все они, образно говоря, разбились о лодку Максвелла и причал Эйнштейна. Ну, то есть те, кто миновал рифы и мели Бора. Эти три столпа физики рассказали нам, в чём ошибались Фарадей, Генри и Вольт. Жаль, они не успели рассказать им.

Так что не пытайтесь обмануть закон сохранения энергии при помощи трансформатора. Это не получится. Лучше постарайтесь понять, как может пригодиться в буты устройство, способное изменить параметры сети для ваших целей.

12-ти вольтовой подсветки потолка.

24-х вольтовой системы полива.

12-ти вольтовой гирлянды на уличную ёлку у Вашего дома.

Да и мало ли для чего ещё? Всё это может помочь реализовать трансформатор. Небольшое такое сегодня устройство, которое иногда гудит или жужжит. Но устройство, которое всегда исправно может 220 Вольт изменить, трансформировать на 24-ре или на 12-ть.

 

gallery/mailservice
gallery/mailservice (3)
gallery/mailservice
gallery/mailservice (2)
gallery/mailservice (1)