«Трансформатор»

 

   Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе  предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одного или нескольких напряжений переменного тока в другие напряжения без изменения частоты.

   Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах М. Фарадея и Д. Генри. В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.

    30 ноября 1876 года, дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым[ считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки. 

    В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

   Трансформатор ( рис.1) состоит из замкнутого сердечника ( магнитопровода), на который надеты две катушки – первичная, которая подключается к источнику переменного тока  и вторичная, с которой снимается вторичное напряжение. Если подключить первичную обмотку трансформатора к источнику переменного тока, то вокруг нее переменный ток создаст       Рис. 1.

переменное магнитное поле, которое усилится ферромагнитным сердечником и пройдя по магнитопроводу ( так как линии напряженности переменного тока являются замкнутыми) будет создавать внутри вторичной катушки переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле создаст на концах вторичной обмотки вихревое электрическое поле. Это вихревое электрическое поле создаст на концах вторичной обмотки                          Рис.2.

вторичное напряжение, которым можно пользоваться для практических работ.

 

 Рис. 1.

Трансформаторы на электрических схемах обозначают так, как показано на рис.2.

 

 

   

Рис.2.

Трансформаторы могут быть понижающими, если на вторичной обмотке напряжение будет меньше, чем на первичной  U2U1, или повышающими , если напряжение на вторичной обмотке  будет больше, чем на первичной U2 >U1.

Опыт 1. Понижающий трансформатор. Соберем электрическую цепь, состоящую из замкнутого магнитопровода,  дроссельной катушки выполняющей роль первичной обмотки и индикатора состоящего из нескольких витков проволоки и низковольтной лампы накаливания на    3,5 В.  Индикатор выполняет роль вторичной обмотки ( рис.3).   На первичную обмотку подадим напряжение 220 В. Лампа накаливания Лн загорится.

Проблема. Почему лампа горит и не перегорает.                                    

Ответ. Если подключить первичную обмотку ( дроссельную катушку ) трансформатора к источнику переменного тока, то вокруг нее переменный ток создаст переменное магнитное поле, которое усилится ферромагнитным сердечником и пройдя по магнитопроводу ( так как линии напряженности переменного тока являются замкнутыми) будет создавать внутри                          Рис.3.  вторичной катушки переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле создаст вихревое электрическое поле. Это вихревое электрическое поле создаст на концах вторичной обмотки пониженное  напряжение так, как число витков во вторичной обмотке меньше чем в первичной ( трансформатор понижающий), от которого загорится электрическая лампочка Лн.

 

 

 

 

Опыт 2. Повышающий трансформатор.

 

 В качестве повышающего трасформатора рассмотрим катушку Румкорфа ( рис.4). Она состоит из первичной обмотки, содержащей 100 витков медной проволоки и вторичной обмотки содержащей несколько тысяч витков очень тонкой проволоки.  Выводы вторичной обмотки подсоединяются к высоковольтным электродам. Обе катушки находятся на ферромагнитном сердечнике. Справа находится выключатель и прерыватель как у электрического звонка. Прерыватель позволяет превратить постоянный ток в пульсирующий.

   Подключим катушку Румкорфа к источнику тока с напряжением 12 В. Повернем ручку выключателя вправо. Прерыватель заработает и между электродами катушки Румкорфа возникнет электрическая искра.                                                            

 

 

 

 

 

 Рис.4.

 

Проблема. Почему между электродами катушки Румкорфа возникнет электрическая искра ?

Ответ. При включении катушки Румкорфа по первичной обмотке потечет прерывистый электрический ток. Он создаст переменное магнитное поле, которое усилится ферромагнитным сердечником. Это переменное магнитное поле создаст вихревое электрическое поле,  в которм находится вторичная обмотка. Это поле создаст на концах вторичной обмотке ЭДС индукции. Так как число витков во вторичной обмотке намного больше чем в первичной, то ЭДС на концах вторичной обмотки, а следовательно и на электродах, может достигать 100 000 В. Так как 1 мм воздуха при нормальном атмосферном давлении пробивается электрической искрой при напряжении 1 000 В, то искра, возникающая между электродами может достигать 10 см.

 

  Трансформаторы применяются на электростанциях, в производстве, в радиоприемниках, телевизорах, блоках питания и т.д. ( рис.5).

 

 

                                                                                                                    Рис.5.

Рис.6.