Проектуємо трансформатори
Найбільш наочним і живим втіленням теорії електричного магнетизму є трансформатор – пристрій для перетворення електричної напруги. Спробуємо спроектувати трансформатор для живлення саморобного гітарного підсилювача.
У найпростішому трансформаторі на залізний сердечник намотують дві обмотки з ізольованого проводу. Первинну обмотку підключають до джерела змінної напруги, наприклад до побутової електромережі 220 В. В обмотці виникає змінний струм, який створює змінний потік поля Ф (див. § 43). Цей змінний потік охоплює вторинну обмотку. У ній виникає напруга самоіндукції: uL = – Ф / t. Якщо до кінців вторинної обмотки підключити навантаження, в ній виникне струм i = uL / Z. Слід підкреслити, що обмотки трансформатора ізольовані один від одного. Енергія з однієї обмотки передається в іншу через потік поля, який залежить від товщини сердечника. Напруга у вторинній обмотці залежить від її індуктивності, в основному, від числа витків (див. 37.1). Змінюючи кількість витків, можна отримати потрібну напругу на виході. З довідника дізнаємося наступні рекомендації для конструювання побутових трансформаторів.
Сердечник збирають у вигляді пакету з плоских Ш – подібних пластин або з багатошарових штамповок З – образного профілю.
Каркас з обмотками надягають на середню стійку пластин “Ш” або на перемичку “З”.
Спочатку намотують вторинну обмотку, потім поверх неї – первинну.
Для вторинної обмотки рекомендовано оптимальне напруга 36 вольт.
Припустимо, гітарний підсилювач повинен мати максимальну потужність 17 Вт (такий підсилювач продавався в магазині музичних інструментів).
За формулою P = IU визначаємо максимальні струми в обмотках:
I1 = P / U1 = 17/220 = 0.03 А; I2 = P / U2 = 17/36 = 0.47 А (майже 0.5 А).
За довідником знаходимо перерізу проводів для струмів 0.03 А і 0.5 А, і перетин сердечника для потужності 17 Вт Практика показує, що не завжди на складі є те, що наказано довідником. Можна брати матеріали з тих, що є, але з запасом міцності. Якщо на полиці ви виявили пару заводських бобін з проводами діаметром 0.15 і 0.5 мм, і готовий Ш-сердечник з перетином від 6 до 9 см2, то в принципі це те, що потрібно. Для економії дроти можна прийняти n1 = 1760 (по 8 витків на 1 вольт мережі). Тоді n2 = 36 х 8 = 288 (витків). Додавши 12 витків на компенсацію втрат, отримаємо: n2 = 300 (витків). На найпростішому верстаті, забезпеченому лічильником витків, намотати обмотки для трансформатора не складе особливих труднощів. Згідно з рекомендаціями, на картонний каркас спочатку наметовому 300 витків з дроту діаметром 0.5 мм. Потім поверх наметовому 1760 витків з дроту діаметром 0.15 мм. Кінці проводів припаюємо до контактних площадок на каркасі, який одягаємо на середню стійку Ш – пластини.
Якщо первинну обмотку трансформатора з’єднати з мережею 220 В, а до вторинної підключити вольтметр, прилад покаже, що вона генерує напругу 38 вольт. Це те, що треба. Зайві 2 вольта “впадуть” на схемах випрямляча, а до підсилювача надійдуть 36 вольт постійного напруження. При максимальній гучності гітари струм на виході підсилювача буде: I = 0.5 А. Множачи силу струму на напругу U = 36 В, отримаємо максимальну потужність P = IU = 0.5 х 36 = 18 (Вт). Це навіть більше, ніж замовляв гітарист. Шанувальники рок-музики повинні пам’ятати, що рокн-рол живий завдяки Майклу Фарадею, який першим сформулював принципи електричного магнетизму.
(2 votes, average: 4.50 out of 5)