Нагреваем и плавим металл трансформатором
Хомяки приветствуют всех любопытных существ.
Сегодняшний пост пойдет об интересном физическом явлении под названием ток. Трансформатор и один виток, сила, мощь, борщ. В ходе выясним, на что способен поток заряженных частиц, и как ему противостоят различные материалы.
Сфер применения такому устройству можно найти целое море, от нагрева металла и вплоть до его плавки. Подобная вещь стара как мир, но смотреть на нее всегда можно по-новому.
Эта история начинается с очень коварного трансформатора, который способен отправить на тот свет любого, кто пренебрежет техникой безопасности! Трансформатор от микроволновки способен выдавать напряжение свыше двух киловольт с сопровождающим выходным током, который достигает 800 мА. Именно эта вольт-амперная характеристика позволяет вытягивать красивую, ослепительно яркую дугу из плазмы.
Конструктивно, трансформатор состоит из первичной и вторичной обмотки, соотношение витков примерно 1:6. Это не сложно подсчитать. Первичная обмотка намотана толстым медным проводом сечением 0.75 кв. Вторичную обмотку мы сейчас удалим, правда не на этом трансформаторе! Это советский образец, который нам пригодится в будущих выпусках.
Дело в том, что при Советском Союзе, расстреливали людей которые косячили во время работы, или это было в 90-х, да не важно, главное, что некоторые вещи тех времен проработают еще миллион лет.
Потому берем китайский трансформатор от микроволновки, и пускаем его под пилу, одновременно качая бицуху. Может показаться, что удаление обмотки простое дело, но это не совсем так, пришлось немало повозиться, прежде чем она отправилась на металлоприемку. Пилить нужно аккуратно, иначе можно повредить первичную обмотку.
Когда дело сделано, продеваем в отверстие один виток толстого провода. Ну как толстого, можно в несколько проводов, но не слишком толстого, как показано здесь. Подобный вариант имеет общее сечение меди в 24 квадрата. Такие одножильные 6-ти квадратные провода каждый, пускают на питание промышленных помещений, как на моем заводе например.
В общем, что мы сейчас сделали, заменили 1300 витков тонкого провода на один виток толстого. Мощность трансформатора осталась неизменной, напряжение при этом упало, а ток вырос до огромных значений.
А сейчас нужно обеспечить надежную систему теплоотвода, так как дело имеем с физическим законом, дающим количественную оценку теплового действия электрического тока. Так как ток будет у нас большой, следовательно, и будет большое выделение тепла. Формулы тут применять не будем, все равно в них мало кто разбирается, включая меня.
Нам нужно, два массивных 16 мм болта у которых большая теплоемкость и пару железных хомутов. Хорошо бы найти медные болты такого диаметра, но эта попытка накрылась медным тазом. Для обеспечения большей площади соприкосновения провода с шурупом, нужно убрать у него резьбу. Проводим процедуру на электроточиле, сталь тут очень твердая. Силовой кабель у нас состоит из 4-х жил, а значит, огранку тоже делаем с 4-х сторон.
Разводим жилы и намертво фиксируем их с помощью хомута. Самый сложный процесс позади.
Теперь переходим к измерениям. Напряжение с одного витка выходит 1.6 вольта, а это означает,что клеммы можно спокойно облизывать языком .
Но делать это нужно аккуратно, чтоб электроды не замкнулись, иначе струя раскаленных искр спалит брови на лице.
При коротком замыкании потребляемая мощность трансформатора вышла ровно 1кВт, на 17 ватт не обращаем внимания, это работает холодильник на кухне.
Особенность микроволновочного мота в том, что у него большой ток потребления при холостой работе, это нужно для повышения КПД.
При коротком замыкании узнать силу переменного тока не вышло, так как его значение вышло за пределы измерения данной модели мультиметра, 400 ампер у нас уже точно есть!
Но как узнать более точные цифры? Всё просто, запускаем программу "Электродроид" на телефоне, и заходим в раздел закон Ома.
Туда нужно ввести несколько уже известных значений. Напряжение у нас было 1.6 вольта, измеренная мощность показала ровно 1 кВт. Дальше нам нужен ток, тут мощность будем делить на напряжение, нажимаем нужный пункт и получаем расчетные параметры выходного тока трансформатора. Получился ток в 625 ампер, даже сопротивление медного провода посчитало, 2.56 милиома. Вот так можно решать проблемы на экзаменах с помощью мобилы в кармане. Чуть позже попробуем достать токовые клещи помощней.
А сейчас переходим собственно к испытаниям. Для начала попробуем нагреть графитовый тигель, который мы обычно применяем для индукционной печи. Спустя несколько минут работы, он только немного нагрелся. В чем дело то, у нас же ток в 600 ампер, где нагрев!? Все дело в большом сопротивлении графита и малом выходном напряжении трансформатора. Один из этих параметров неизменный, а значит, будем подбирать материал с меньшим сопротивлением.
Сила нагрева еще зависит от теплоемкости заготовки и её площади, дело в том, что часть тепла, которая выделяется в какой-то мере, сразу рассеивается в воздух. Вот пример, лезвия от канцелярского ножа. Её большая площадь попросту не даст разогреться железу до температуры плавления. Видно, что максимальные участки нагрева находятся вблизи мест соприкосновения с электродами.
Вот еще хороший пример: тонкая стальная заготовка круглой формы, толщина 0.3 мм. У нее нет теплоемкости, чтоб поддерживать нагрев, но зато видно раскаленные участки в местах контакта. Тут станет понятен еще один момент, для чего нужны мощные болты.
Нагреваемая заготовка одновременно нагревает электроды, которые рассеивают своей площадью тепло, не давая проводам перегреться и выйти из строя.
На этом принцип работы токового трансформатора можно считать исчерпывающим, теперь переходим непосредственно к нагреву разных образцов.
Стальной шарик от подшипника оказался хорошим соперником нашему трансформатору, так как солидно сумел нагреть стальные болты.
На такой случай хорошо под рукой иметь немного воды, которой можно устроить душ, и охладить нагретые детали...Изоляция на медных проводах таки сумела немного расплавиться, но мы к этому были готовы!
Если трансформатор работает больше пяти минут, то у него происходит ощутимо сильный нагрев сердечника, потому время от времени ему нужно давать передохнуть, вентилятором помогаем понизить температуру за более короткий промежуток времени.
В течение всех испытаний трансформатора, мне не давал покоя графитовый тигель, нужно было найти ему замену. Для этого отлично подошло дно от стального баллона. Конечно толщина стенок тут не алё, но для наглядности работы очень даже сойдет. Когда температура тигля достигла своего предела, засыпаем вовнутрь свинцовой дроби, плавится она при температуре в 327 градусов. Через секунд 30 все шарики превратились в жидкий металл, но с таким количеством даже грузило для рыбалки не отлить.
Попробуем повторить процедуру, только на этот раз используем шрапнель от артиллерийского снаряда, когда она предназначалась совсем для других целей.
Совсем другое дело, осталось только форму для литья грузил сделать.
Время убрать массивные шурупы, и припаять на их место хорошие медные наконечники, с таким типом соединения цепи потерь тока не будет. На заднем плане видно ключ, он нужен для отвода тепла, так как сырная изоляция может прийти в непригодность.
Сейчас модель трансформатора переделана для контактной сварки, но прежде, чем что-то сварить, мы обещали показать реальный ток, который выдает трансформатор.
Для этого существуют измерительные клещи, которые способны мерять как переменный ток, так и постоянный с пределом измерения до 1000 Ампер. Так же тут есть функция записи максимально измеренного значения, что нам собственно и нужно. Теперь кратковременно всунем вилку в розетку и...максимально зафиксированное значение 841 Ампер, не кисло так. Цифра вышла немного больше чем по нашим расчетам аж на 216 Ампер.
Интересно, какие еще применения можно придумать для данного трансформера.
Как говорила моя бабка, сила есть ума не надо.