6-8. Трансформатор без стального сердечника (воздушный трансформатор)

В электротехнике широко применяется передача энергии из одного контура цепи в другой при помощи трансформаторов. Они Мсгут 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, когда напряжение источника энергии отличается от напряжения, которое требуется для приемника энергии.

Трансформаторы состоят из двух или нескольких индуктивно связаннных катушек или обмоток. Ограничимся здесь рассмотрением простейшего двухобмоточного трансформатора без ферромагнитного сердечника. 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 зажимами обмоток и токи в этих обмотках называют соответственно первичными и вторичными напряжениями и токами трансформатора. Цепи, в состав которых входят первичная и вторичная обмотки трансформатора, называются соответственно первичной и вторичной цепями трансформатора.

Если пренебречь распределенной емкостью между витками обмоток трансформатора, то цепь, состоящая из двухобмоточного трансформатора и приемника (нагрузка), имеет схему, представленную на рис. 6-18.

Рис. 6-18.

Рис. 6-19.

Введем обозначения:

где — активное и реактивное сопротивления приемника, — активное и реактивное сопротивления вторичного контура.

Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для первичного и вторичного контуров:

Построим векторную диаграмму токов и напряжений для первичной и вторичной цепей. Для этого зададимся током и отложим векторы (рис. 6-19, где принято . Соединив конец вектора с началом векторной диаграммы, получим, как следует из второго уравнения (6-14), вектор . Разделив напряжение на определим значение тока

вектор отложим под углом (в сторону опережения) к вектору . Затем построим векторы сумма равна вектору напряжения

Решая уравнения (6-14) относительно тока получаем:

где обозначено

Сопротивления называют вносимыми (из второго контура в первый) активным и реактивным сопротивлениями. Из структуры выражения (6-15) 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

Рис. 6-20.

Пользуясь схемой эквивалентного двухполюсника, решим вопрос об условиях передачи максимальной активной мощности во вторичную цепь, т. е. передачи максимальной мощности в сопротивление . Для этого (см. §3-19) должны удовлетворяться следующие соотношения между сопротивлениями:

или

Последние соотношения можно получить, если предусмотреть возможность изменения параметров контуров. Для изменения в первичный и вторичный контуры можно включить конденсаторы переменной емкости (рис. 6-20), для изменения М применить трансформатор с подвижными обмотками (вариометр) или трансформатор с подвижной магнитной системой. Отметим, что для выполнения соотношений (6-18) и (6-19) достаточно предусмотреть изменение только двух из трех параметров .

Все приведенные выше выражения справедливы для схемы по рис. 6-20, если положить

Из соотношения (6-18) получаем:

имеет вещественное значение при условии, что

Если то ни при каких значениях не может быть получена максимальная мощность.

Рис. 6-21.

Схема двух контуров с индуктивной связью (рис. 6-18) может быть заменена эквивалентной схемой без индуктивной связи. Для этого соединим между собой два нижних зажима схемы (режим при этом не изменится). Части контуров с элементами рассмотрим как две индуктивно связанные ветви, присоединенные к одному узлу своими одноименными зажимами, и применим для них эквивалентную схему (рис. 6-14). В результате для рассматриваемой цепи получим эквивалентную схему по рис. 6-21.