Пионер-электротехник - Стрелков Петр Георгиевич - Страница 26

Рис. 71. Самодельный электровыжигатель: 1— нихромовая проволочка для выжигания; 2 — контактные держатели; 3 — рукоятка; 4 — зажимы; 5 — соединительные провода.

Концы шнура, идущие от зажимов электровыжигателя, присоедините к клеммам понижающего трансформатора. При включении трансформатора в сеть проволочка накалится до светло-красного цвета. Слегка прижав конец накаленной проволочки к дереву, выжгите на нем рисунок, предварительно нанесенный карандашом или переведенный с помощью копировальной бумаги.

Электровыжигатель продолжительно и надежно работает, если у него правильно подобрано накальное напряжение. Нельзя раскалять проволочку до белого цвета, так как она быстро окисляется и перегорает. Если проволочка раскаляется до ярко-красного цвета, считают, что напряжение и длина проволочки подобраны правильно (до ярко-красного цвета должна накаляться дужка заостренного изгиба).

Чтобы добиться нормального накала проволочки, измените ее длину и величину напряжения электротока.

Переменный электрический ток получил очень широкое распространение в промышленности и технике благодаря легкости его преобразования. Прибор, служащий для преобразования тока одного напряжения в ток другого напряжения почти при одной и той же мощности, называют трансформатором.

Трансформатор (рис. 72, а) состоит из двух катушек 1 и 2, намотанных обмоточным проводом изолированно друг от друга и насаженных на сердечник 3, собранный из отдельных железных полос.

Рис. 72. Самодельный понижающий трансформатор и его части.

Первая обмотка 1, к которой подводится ток от генератора, называется первичной. Вторая 2, от которой ток поступает к потребителю, называется вторичной. Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной, трансформатор называют повышающим, то есть в его вторичной обмотке напряжение выше, чем в первичной. Если же число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, трансформатор называют понижающим, то есть напряжение во вторичной обмотке меньше, чем в первичной.

Мощность тока во вторичной обмотке меньше, чем в первичной. Напряжение на обмотках пропорционально числу витков. Если во вторичной обмотке число витков в десять раз больше, чем в первичной, то и напряжение во вторичной обмотке будет в десять раз больше, чем в первичной. Если же число витков во вторичной обмотке в десять раз меньше, чем в первичной, то и напряжение во вторичной обмотке будет в десять раз меньше, чем в первичной.

Большое значение имеют трансформаторы при передаче электроэнергии на далекие расстояния. Передавая ток большой мощности при обычном напряжении (120–220 вольт), можно потерять много электроэнергии на бесполезное нагревание проводов. Эти потери будут тем меньше, чем выше будет напряжение передаваемого тока.

Для повышения напряжения применяют трансформаторы, которые повышают передаваемое напряжение до 220 тысяч и даже до 500 тысяч вольт. Такое высокое напряжение опасно для жизни. На месте потребления напряжение понижают до 120–220 вольт. А для моделей и приборов, изготовляемых юными электротехниками, напряжение надо понижать до 2—24 вольт.

Трансформатор изобрели ученый Павел Николаевич Яблочков и лаборант Московского университета Иван Филиппович Усагин.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает в железном сердечнике переменное магнитное поле. Это поле действует на вторичную обмотку трансформатора, создавая в ней электрический ток.

Рассмотрим упрощенный расчет трансформатора на конкретном примере.

Допустим, что у нас имеется пакет трансформаторного железа Ш-образной формы (рис. 72, б). Нас будут интересовать размеры той части пакета, на которую надевается катушка с обмоткой. Эта часть называется сердечником. Ширина одной пластинки нашего сердечника равна 50 миллиметрам, а толщина его набора — 60 миллиметрам. Ширина окна равна 26 миллиметрам, длина — 85 миллиметрам. Надо определить количество витков для первичной и вторичной обмоток, а также определить толщину провода для них.

Весь расчет производится в следующем порядке.

1. Сначала находим площадь поперечного сечения сердечника: 5х6 = 30 кв. сантиметрам.

2. Определяем количество витков для напряжения в 1 вольт, для чего постоянный коэффициент 60 делим на площадь поперечного сечения (в квадратных сантиметрах) трансформатора: 60:30 = 2 виткам.

3. Подсчитываем полное количество витков для первичной обмотки на сеть 220 вольт: 220х2 = 440 виткам.

4. Определяем полное количество витков для вторичной обмотки 48 вольт: 48х2 = 96 виткам.

Теперь надо определить диаметр изолированного обмоточного провода, применяемого для первичной и вторичной обмоток. Диаметр провода подбирают в зависимости от мощности, которую желают получить от трансформатора.

Для наших опытов можно ограничиться мощностью в 200 ватт. Для получения такой мощности нужно по первичной обмотке в 220 вольт пропустить ток величиной: I1=200/220=0,9 ампера, где I1 — ток, проходящий по первичной обмотке.

Обмоточный провод сечением 1 кв. миллиметр выдерживает нагрузку в 2 ампера. Сечение провода первичной обмотки можно определить простым подсчетом: величина тока, проходящего по обмотке, в два раза меньше, чем допустимая величина тока, приходящаяся на 1 кв. миллиметр. Значит, площадь поперечного сечения провода для первичной обмотки равна 1:2=0,5 кв. миллиметра. Этому сечению соответствует диаметр провода приближенно 0,8 миллиметра.

Во вторичной обмотке мощность будет приблизительно 180 ватт. Значит, величина тока I2 во вторичной обмотке может достигнуть I2 = 180/48 = 3,75 ампера, где 180 — мощность во вторичной обмотке, 48—напряжение во вторичной обмотке, I2 — величина тока во вторичной обмотке.

Значит, для вторичной обмотки можно было бы вполне ограничиться проводом, сечение которого равно 3,8 кв. миллиметра. При таком сечении провод имеет диаметр 2,2 миллиметра.

После определения диаметра провода для намотки приступим к изготовлению каркаса катушки, на который будут намотаны сетевая (первичная) и понижающая (вторичная) обмотки.

Каркас катушки склейте из плотного картона (рис. 72, в). Сначала определите размеры щечек 4. Для того чтобы щечки можно было плотно надеть на основу каркаса 5, вырежьте в них отверстия 6 несколько больших размеров, чем площадь сердечника, а именно: по толщине основы каркаса. Затем вырезайте и склеивайте основу из того же плотного картона. После этого на основу наденьте щечки и приклейте их.

Склеенную катушку желательно несколько раз покрыть изоляционным лаком и дать ей просохнуть. Потом возьмите катушку и измерьте внутреннее расстояние от щечки до щечки, а также высоту щечки. Эти измерения делаются для того, чтобы проверить, уложатся ли обе обмотки, если их намотать тем проводом, который мы выбрали по расчету. Предварительный подсчет производится следующими последовательными вычислениями.

1. Определите, какое количество витков уложится в одном ряду, если их плотно укладывать виток к витку. Для этого внутреннее расстояние от щечки до щечки, выраженное в миллиметрах, разделите на диаметр провода, которым производится намотка. В нашем примере внутреннее расстояние равно 80 миллиметрам, а высота щечек—18 миллиметрам. Следовательно, в одном ряду первичной обмотки проводом с диаметром 0,8 миллиметра уложится 100 витков: 80:0,8 = 100 виткам.

2. Подсчитайте количество слоев во всей первичной обмотке. Для этого полное количество витков первичной обмотки разделите на число витков в одном ряду. Получается: 440:100 = 4,4 слоя.

Берем округленно пять слоев, учитывая, что с увеличением числа слоев количество витков в каждом из них уменьшается, то есть не доматывается по одному-два витка до щечек с каждой стороны. Это делается для того, чтобы избежать межвитковых замыканий.