Трансформатор без стального магнитопровода
Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор)
В электротехнике широко применяется передача энергии из одного контура цепи в другой при помощи трансформаторов. Они могут иметь различные назначения, но чаще всего предназначаются для преобразования переменного напряжения. Отсюда возникло и само название аппарата, происходящее от латинского слова transformare - преобразовывать. Такое преобразование необходимо, например, в том случае, если напряжение источника энергии отличается от напряжения, которое требуется для приемника энергии.
Трансформаторы состоят из двух или нескольких индуктивно связанных катушек или обмоток. Ограничимся здесь рассмотрением простейшего двухобмоточного трансформатора без стального (ферромагнитного) магнитопровода. Такие трансформаторы применяются при высоких частотах, а в ряде специальных измерительных устройств и при низких частотах переменного тока.
Обмотка трансформатора, к которой подводится питание, называется первичной, обмотка, к которой присоединяется приемник энергии, - вторичной. Напряжения между выводами обмоток и токи в этих обмотках называются соответственно первичными и вторичными напряжениями и токами трансформатора. Цепи, в состав которых входят первичная и вторичная обмотки трансформатора, называются соответственно первичной и вторичной цепям и трансформатора.
Если пренебречь распределенной емкостью между витками обмоток трансформатора, то цепь, состоящая из дзухобмсп очного трансформатора и приемника, имеет схему, представленную на рис. 7.1.
Введем обозначения: 
, где 
и 
неактивное и реактивное сопротивления приемника, 
и 
- активное и реактивное сопротивления вторичного контура.
Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для первичного и вторичного контуров:
Дополнительно по теме
Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор)
Простейшие приближенные эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом
Расчеты электрических цепей с трансформаторами
Потеря напряжения в трансформаторе
Рис. 7.1
Построим векторную диаграмму токов и напряжений для первичной и вторичной цепей. Для этого зададимся током 
и отложим векторы 
(рис. 7.2), где принято 
. Соединив конец вектора 
с началом векторной диаграммы, получим, как следует из второго уравнения (7.1), вектор 
. Разделив напряжение 
на 
, определим значение тока 
. Вектор 
отложим под углом p/2 (в сторону опережения) к вектору 
. Затем построим векторы 
. Их сумма равна вектору напряжения 
.
Решив уравнения (7.1) относительно тока 
получим
где обозначено
Сопротивления 
и 
называют вносимыми (из второго контура в первый) активным и реактивным сопротивлениями. Из структуры выражения (7.2) следует, что со стороны первичной обмотки вся схема может рассматриваться как двухполюсник с сопротивлениями 
.
Вносимое активное сопротивление всегда больше нуля. В нем поглощается энергия, которая в реальной цепи передается из первичной цепи во вторичную. Вносимое реактивное сопротивление имеет знак, противоположный знаку 
.
Пользуясь схемой эквивалентного двухполюсника, решим вопрос об условиях передачи максимальной активной мощности во вторичную цепь, т. е. передачи максимальной мощности в сопротивление гвн. Для этого (см. раздел) должны удовлетворяться следующие соотношения между сопротивлениями:
или
Рис. 7.2
Последние соотношения можно получить, если предусмотреть возможность изменения параметров контуров. Для изменения 
и 
в первичный и вторичный контуры можно включить конденсаторы переменной емкости (рис. 7.3), для изменения М применить трансформатор с подвижными обмотками (вариометр) или трансформатор с подвижной магнитной системой. Отметим, что для выполнения соотношений (7.5) и (7.6) достаточно предусмотреть изменение только двух из трех параметров 
и М.
Все приведенные выше выражения справедливы для схемы по рис. 7.3, если положить
Из (7.5) получаем
причем 
имеет действительное значение при условии, что 
.
Если 
, то ни при каких значениях 
и 
не может быть получена максимальная мощность.
Схема двух контуров с индуктивной связью (см. рис. 7.1) может быть заменена эквивалентной схемой без индуктивной связи. Для этого соединим между собой два нижних вывода схемы (режим при этом не изменится). Части контуров с элементами 
и 
рассмотрим как две индуктивно связанные ветви, присоединенные к одному узлу своими одноименными выводами, и применим для них эквивалентную схему (см. рис. 6.14). В результате для рассматриваемой цепи получим эквивалентную схему по рис. 7.4.
Рис. 7.3
Рис. 7.4
Дополнительно по теме
Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор)
Простейшие приближенные эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом