Словарь Hackaday: Трансформеры

Забавная штука, электричество. Все дело в вольтах и ​​усилителях, а также в контроле этих двух факторов. Большую часть времени электричество, поступающее на ваше устройство, имеет более высокое напряжение, чем вам нужно, поэтому вам придется преобразовать его в нечто более пригодное для использования. Проще всего это сделать с помощью трансформатора.

Трансформатор в вашем блоке питания берет высокое напряжение из сети и преобразует его в более низкое напряжение для питания ваших гаджетов. Вы найдете один из всех источников питания: от миниатюрной версии USB, которая питает ваш мобильный телефон, до больших, висящих на телефонном столбе и питающих электросети вашего дома. Хотя эти трансформаторы имеют разные размеры, они имеют одинаковую фундаментальную конструкцию.

Базовый трансформатор представляет собой две катушки провода, намотанные на металлический сердечник. На одну из этих катушек (называемую первичной) подается переменный ток, который создает магнитное поле в металлическом сердечнике. Это магнитное поле, в свою очередь, создает ток во второй катушке, называемой вторичной. Важным моментом является соотношение этих двух токов, которое определяется соотношением длин каждой из катушек, обычно определяемым как количество витков, которые делает каждая катушка. Если две катушки имеют одинаковое количество витков, ток, входящий в первичную обмотку и выходящий из вторичной обмотки, будет почти одинаковым. Если вторичная обмотка будет иметь в два раза больше витков, напряжение увеличится почти вдвое. Если вторичная катушка будет иметь вдвое меньше витков, напряжение уменьшится почти вдвое. Это помогает объяснить наименование, используемое преобразователями: шаг вверх и шаг вниз. Повышающий тип создает более высокое напряжение (например, то, которое используется в этой лестнице Джейкобса), а понижающий тип снижает напряжение.

Для работы трансформатора необходимо использовать переменный ток (AC). Переменный ток создает изменяющееся магнитное поле (называемое потоком), которое индуцирует ток во вторичной катушке. Если нет изменяющегося магнитного поля, то не будет и индуцированного тока. Если вам нужен выход постоянного тока, последовательность действий в источнике питания начнется с трансформатора, который понизит переменный ток от настенной розетки до более низкого уровня, затем этот переменный ток более низкого напряжения будет преобразован в постоянный ток, который выдается источником питания. .

На работу трансформаторов влияет множество факторов. К ним относится то, из чего сделан сердечник: металл влияет на то, как течет магнитное поле. Некоторая часть энергии магнитного поля также неизбежно теряется до того, как она создаст ток во вторичной катушке, что называется потерей на вихревые токи.

Все это влияет на работу трансформатора, поэтому большинство трансформаторов разрабатываются специально для конкретной цели. Проектирование трансформатора — сложное искусство, требующее учета множества факторов. Хорошим началом будет руководство по проектированию, подобное этому, от компании Wurth, которая производит компоненты и комплекты трансформаторов.

Существует также несколько различных типов трансформаторов, включая обратноходовые типы, используемые в высоковольтных конструкциях, такие как электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), тороидальные типы, которые содержат магнитное поле, автотрансформаторы, которые могут обрабатывать различные входные напряжения, сохраняя при этом фиксированное выходное напряжение, Трансформаторы с воздушным сердечником, которые не имеют металлического сердечника и имеют меньшие размеры, и пьезотрансформаторы, в которых для обнаружения физической силы используется пьезоэлектрический элемент.

Однако для экспериментов с трансформаторами вам не понадобится набор. Трансформатор может быть простым: пара кусков проволоки, обернутых вокруг нескольких кусков стали, или два куска проволоки, обернутых вокруг металлического кольца, поэтому с ним легко поэкспериментировать самостоятельно.