Электричество шаг за шагом

Это характерно для многих, а может быть, даже для всех областей техники, но особо заметно там, где работает электричество. Гигантские машины, многотонные агрегаты, сложнейшие системы начинались с простейших опытов, с маленького приборчика, наконец-то ожившего на столе счастливого изобретателя. Катушка медного провода, возле которой Фарадей быстро перемещал магнит, превратилась в мощный электрогенератор, одна такая машина может накормить электричеством целый город. С небольших моторчиков, послабее, чем у нынешней электробритвы, начинались мощные ходовые двигатели большого авианосца или электровоза. Но такие превращения, конечно же, не происходили сами собой. И вполне объяснимо, что некоторые учебные книги знакомят своих читателей с современными достижениями электрической техники, начиная с известных уже много лет простых схем и процессов. Именно с них начинается путь к пониманию нынешних электрических шедевров.

Т-157. Трансформатор передаёт энергию из одной электрической цепи в другую без непосредственного контакта между ними. Используя явление взаимоиндукции (Р-74), можно передавать электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними, то есть не соединяя их проводниками. Устройство, которое осуществляет такую передачу, это и есть трансформатор, в переводе с латыни — «преобразователь».

В простейшем случае трансформатор — это две обмотки, связанные общим магнитным потоком Ф (Р-76). В некоторых трансформаторах, главным образом высокочастотных (частота переменного тока сотни килогерц и выше), магнитный поток замыкается по воздуху. В низкочастотных трансформаторах (частота десятки и сотни герц, в том числе промышленная частота 50 герц) магнитный поток проходит через стальной или прессованный ферромагнитный сердечник — стержневой, замкнутый п-образный, ш-образный или кольцевой (Р-47). В трансформаторах часто бывает несколько обмоток, к одной обмотке (её называют первичной) подводится электрическая энергия от генератора, а с других обмоток (вторичных) энергия передаётся разным потребителям.

Коротко о сердечниках. Сердечники делают из стали, а иногда из пермаллоя, ферромагнитного материала, более дорогого, но со значительно большей магнитной проницаемостью (Р-46). Сердечники, как правило, собраны из пластин или свиты из тонкой ленты (Р-77).

В самом сердечнике, как в любой вторичной обмотке, тоже наводится ток, и, если не принять мер, этот ток окажется весьма большим, сердечник будет отбирать у трансформатора и превращать в тепло немало энергии. Более того, массивный сердечник ведёт себя как короткозамкнутый виток, обмотка с малым сопротивлением, в которой, как мы увидим чуть дальше, возникает большой ток. Из-за этого массивный сердечник будет сильно греться, нагревая весь трансформатор и создавая тем самым угрозу его нормальной работе.

С учётом всего этого сердечник трансформатора собирают из тонких стальных пластин, между которыми находится тонкий слой электрической изоляции, например, лаковое покрытие. Поэтому пластины электрически изолированы одна от другой, и в каждой наводится свой собственный ток. При этом токи в соседних пластинах сердечника создают магнитные поля, которые действуют друг против друга, в итоге общая мощность, пожираемая сердечником (Т-8), резко уменьшается, и предотвращается его нагрев.