Трансформация переменного тока

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тем, что он хорошо поддается трансформированию, т. е. преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низкого напряжения или наоборот. Транс­форматоры дают возможность передавать переменный ток по проводам на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого переменное напряжение, вырабатываемое генераторами на электростанциях, с помощью трансформаторов повышают до напряжения в несколько сотен тысяч вольт и «посылают» по высоковольтным линиям в различных направлениях. В горо­дах и селах на расстоянии сотен километров от электростанций это напря­жение понижают трансформаторами до более низкого, которым и питают лампочки освещения, электродвигатели и другие электрические приборы.

Трансформаторы широко применяются и в радиотехнике.

Схематическое устройство простейшего трансформатора показано на рис. 61. Он состоит из двух катушек из изолированного провода, именуемых обмот­ками, насаженных на магнитопровод, собранный из пластин специаль­ной, так называемой трансформаторной стали; Обмотки трансформатора изоб­ражают на схемах так же, как катушки индуктивности, а магнитопровод — линией между ними.

Действие трансформатора основано на электромагнитной индукции. Пере­менный ток, текущий по одной из обмоток, создает вокруг нее и в магнитопроводе переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора, индуцируя в ней переменное напряжение той же частоты. Если к этой обмотке подключить какую-либо нагрузку, например лампу накаливания, то в получившейся замкнутой цепи потечет переменный ток — лампа станет гореть. Обмотку, к которой подводится переменный ток, предназначенный для трансфор­мирования, называют первичной, а обмотку, в которой индуцируется пе­ременный ток, — вторичной.

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напря­жение на вторичной обмотке приблизительно равно напряжению, подведенному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит мень­шее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И, наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подводимого к первичной обмотке. В первом случае трансформатор будет понижать напряжение, а во втором случае повышать его.

Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, можно довольно точно подсчитать по отношению витков обмоток трансформатора; во сколько раз она имеет большее (или меньшее) число витков по сравнению с числом витков первичной обмотки, во столько же раз напряжение в ней будет больше (или меньше) по сравнению с напряжением, подводимым к первичной обмотке. Так, например, если одна обмотка трансформатора имеет 1000 витков, а вторая 2000 витков, то, включив первую обмотку в сеть переменного тока напряжением 220 В, мы получим во второй обмотке напряжение 440 В — это повышающий трансформатор. Если же напряжение 220 В подвести к обмотке, имеющей 2000 витков, то в обмотке, содержащей 1000 витков, мы получим напряжение 110 В — это понижающий трансформатор.

Обмотка, имеющая 2000 витков, в первом случае будет вторичной, а во втором случае — первичной.

Но, пользуясь трансформатором, ты должен не забывать о том, что мощ­ность тока (Р = VI), которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Это значит, что получить от вторичной обмотки одну и ту же мощность можно, повышая напряжение и уменьшая ток, либо потребляя от нее пониженное напряжение при увеличенном токе. Следовательно, повышая напряжение, мы проигрываем в величине тока, а выигрывая в величине тока, обязательно проигрываем в напряжении.

Для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока часто используют трансформаторы с несколькими вторичными обмотками с различным числом витков. С помощью таких трансформаторов, называемых трансформато­рами питания, получают несколько напряжений, питающих разные цепи.

Наибольшая мощность тока, которая может быть трансформирована, зависит от размера магнитопровода трансформаторов и диаметра проводов, из которых выполнены обмотки. Чем больше объем магнитопровода, тем большая мощность тока может быть трансформирована. Практически же в трансформаторе всегда бесполезно теряется часть мощности. Поэтому мощность в цепи вторичной обмотки (или сумма мощностей, получаемых от всех вторичных обмо­ток) всегда несколько меньше мощности, потребляемой первичной обмот­кой.

Запомни: трансформаторы постоянный ток не трансформируют.

Если в пер­вичной обмотке трансформатора течет пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение, частота которого равна частоте пульсаций тока в первичной обмотке. Это свойство трансформатора используется для индуктивной связи между разными цепями, разделения пуль­сирующего тока на его составляющие и ряда других целей, о которых разго­вор будет впереди.

Все трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов (пермаллоя) называют низкочастотными трансформаторами, так как они приемлемы для преобразования перемен­ного тока низкочастотного диапазона.

Высокочастотные трансформаторы, предназначенные для трансформации токов высокой частоты, принцип действия которых также основан на электромагнитной индукции, могут быть без сердечников. Их обмотки (ка­тушки) располагают на одном или разных каркасах, но обязательно близко одну к другой (рис. 62). При появлении тока высокой частоты в одной из катушек вокруг нее возникает быстропеременное магнитное поле, которое индуцирует во второй катушке напряжение такой же частоты. Как и в трансформаторах низкой частоты, напряжение во вторичной катушке зависит от соотношения чисел витков в катушках трансформатора.

Для усиления связи между катушками в высокочастотных трансформаторах используют сердечники в виде стержней или колец (рис. 63), представляющие собой спрессованную массу из неметаллических материалов. Их называют магнитодиэлектрическими или высокочастотны ми сердечниками. Наиболее распрост­ранены ферритовые сердечники. С одним из таких сердечников — ферритовым стержнем — ты уже имел дело во второй беседе.

Ферритовый сердечник не только усиливает связь между катушками, но и повышает их индуктивность, за счет чего они могут иметь меньше витков по сравнению с катушками трансформатора без сердечника.

Магнитодиэлектрический сердечник высокочастотного трансформатора не­зависимо от его конструкции и формы обозначают на схемах так же, как магнитопровод низкочастотного трансформатора,—прямой линией между ка­тушками.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель