Воздушный трансформатор: Воздушный трансформатор: принцип работы и применение - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

8.4. Воздушный трансформатор

Основные понятия и определения

Трансформатор представляет собой устройство для преобразования величин переменных напряжений и токов Он состоит из двух или нескольких индуктивно связанных и, как правило, электрически изолированных друг от друга обмоток, находящихся на общем сердечнике. Если сердечник ферромагнитный, то свойства трансформатора будут нелинейными. Для простоты ограничимся рассмотрением двухобмоточного трансформатора без ферромагнитного сердечника (рис. 8.13).

Включение обмоток (на рис. 8.13 – согласное) принципиального значения не имеет. Такой трансформатор носит название воздушного или линейного, так как его характеристики линейны.

Обмотка, к которой подведено преобразуемое переменное напряжение, носит название первичной. Обмотка, к которой подключена нагрузка называйся вторичной.

Соответственно все цепи, куда входят первичная и вторичная обмотки трансформатора, напряжения и токи, относящиеся к этим обмоткам, названы первичными и вторичными. С первичной стороны трансформатор функционирует как приемник, а с вторичной – как генератор.

Уравнение воздушного трансформатора. Векторная диаграмма

При синусоидальном изменении входного напряжения u₁ токи i₁, i₂ и напряжение u₂ также будут синусоидальными, и уравнения по второму закону Кирхгофа для первичной и вторичной цепей трансформатора можно записать в комплексной форме.

Предполагается, что нагрузка имеет индуктивный характер.

На рис. 8.14 приведена векторная диаграмма токов и напряжений воздушного трансформатора. Построение диаграммы осуществлено сначала для вторичной цепи. По полученному вектору определено положение вектора , отстающего от него на 90°. Последовательность построения векторов обозначена цифрами.

Входное сопротивление трансформатора. Схема замещения

Введём обозначения

Тогда уравнения трансформатора примут вид

Выразив из второго уравнения ток и подставив его в первое, получим

откуда комплексное входное сопротивление трансформатора

где носят название вносимых (из вторичной цепи в первичную) активного и реактивного сопротивлений. Из анализа выражения для входного сопротивления следует, что с первичной стороны трансформатор может рассматриваться как двухполюсник, схема которого приведена на рис. 8.15.

Вносимое активное сопротивление всегда больше нуля. В нём происходит поглощение энергии, передаваемой во вторичную цепь. Характер вносимого реактивного сопротивления противоположен характеру x₂. Представим рассмотренные уравнения трансформатора в следующем виде:

Написанная система уравнений справедлива для схемы, представленной на рис. 8.16.

Так как токи ии напряженияите же самые, что и в трансформаторе, эта схема является эквивалентной схемой замещения последнего. При равных значениях

L₁ и L₂ разности L₁ – М и L₂ – М всегда положительны, так как k < 1. Если значения L₁ и L₂ различны, одна из этих разностей может оказаться отрицательной, и схема замещения может быть реализована лишь на фиксированной частоте, на которой отрицательная индуктивность реализуется ёмкостью.

Идеальный трансформатор

Рассмотрим никоторые особенности трансформатора в идеализированных случаях. Трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии и при любой нагрузке отношения первичного и вторичного напряжении и вторичного и первичного токов одинаковы и определяются коэффициентом тpaнсформации

, называется идеальным.

Реально такого трансформатора не существует. На практике же к нему приближается трансформатор, у которого r₁ = r₂ = 0, и k = 1. Именно таким образом следует выбирать параметры реального трансформатора, чтобы его свойства были близки к свойствам идеального. Помимо способности изменять токи и напряжения в определенное число раз независимо от величины сопротивления нагрузки с помощью идеального трансформатора можно изменять в определённое число раз и величину этого сопротивления

Таким образом, если необходимо изменить сопротивление какой-либо нагрузки без изменения самой нагрузки, необходимо использовать промежуточный трансформатор, близкий по своим свойствам к идеальному.

Электротехника ТОЭ: 8.6. Воздушный трансформатор

Теория / 8.6. Воздушный трансформатор

Свойства магнитосвязанных контуров используются в специальных устройствах, предназначенных для преобразования величин тока и напряжения. Такие устройства называются трансформаторами.

Простейший трансформатор состоит из двух электрически несоединенных и неподвижных друг относительно друга катушек, называемых обмотками трансформатора. Эти катушки связаны между собой путем взаимной индукции.

Если обмотки трансформатора намотаны на ферромагнитный сердечник, то такой трансформатор будет обладать нелинейными свойствами. Трансформатор без сердечника является линейным. Магнитная связь в таком трансформаторе осуществляется только через воздух, поэтому трансформатор называется воздушным.

Вследствие линейности воздушного трансформатора его можно рассчитывать, используя законы и правила линейных электрических цепей, и описывать происходящие в нем процессы линейными уравнениями

Схема замещения воздушного трансформатора представлена на рис. 8.16.

Обмотка R₁,L₁, к которой приложено преобразуемое напряжение, называется первичной. Обмотка с параметрами R₂,L₂ называется вторичной и к ней присоединён приёмник Z_н. Включение обмоток согласно правилу Ленца встречное.

Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для входного и выходного контуров трансформатора:

Построим векторную диаграмму, считая нагрузку активно-индуктивной

Z_н = R_н + jX_н. Построение начинаем с тока İ₂, совмещая последний с действительной осью +1. Диаграмму строим в соответствии с уравнениями трансформатора, последовательно изображая на комплексной плоскости векторы

İ₂→İ₂R_н→İ₂jωL_н→İ₂R₂→İ₂jωL₂→İ₁jωM→İ₁→İ₁R₁→İ₁jωL

1→İ₂jωM→U1.

Векторная диаграмма представлена на рис. 8.17.

Схема замещения трансформатора

В ряде случаев удобно часть схемы, содержащую индуктивные связи, заменить эквивалентной схемой без индуктивных связей. Данный приём называют развязкой индуктивных связей.

Для схемы воздушного трансформатора возможен ряд «развязанных» эквивалентных схем. В практике наибольшее распространение получила Т-образная схема замещения (рис. 8.18).

Проведем проверку идентичности математического описания рис. 8.16 и рис. 8.18.

Для схемы, изображенной на рис. 8.16 получим следующие выражения:

Сравнивая полученные уравнения с теми, которые были записаны для схемы рис. 8.14, видим их полную идентичность.

Вносимые сопротивления трансформатора

Запишем уравнение для вторичной обмотки трансформатора, считая, что нагрузка имеет активно-индуктивный характер Z_н = R_н + jх_н, и решим его относительно тока İ₂:

Подставим полученное выражение в уравнение для первичной обмотки, получим следующее:

Вынося ток İ₁ за скобку и умножая числитель и знаменатель второго члена на сопряжённый комплекс

Z₂₂ = R₂₂ – jх₂₂, получим следующее:

Обозначив третий и четвертый члены этого уравнения соответственно R_вн и х_вн, запишем выражение:

Входное сопротивление цепи

Сопротивления R_вн и х_вн называются вносимыми сопротивлениями и указывают, что наличие вторичной цепи эквивалентно изменению активного и реактивного сопротивлений первичной цепи на R_вн и х_вн. Вносимое активное сопротивление R_вн всегда положительно. Вносимое реактивное сопротивление х_вн всегда имеет знак, противоположный знаку действительного реактивного сопротивления вторичной цепи х₂₂.

Что такое трансформаторы с воздушным сердечником?

6 июля 2021 г. 13 сентября 2020 г.

Трансформаторы с воздушным сердечником

, также называемые антенными катушками, представляют собой трансформаторы, используемые в электронном радио, радиопередаче и других системах связи.

Чем трансформаторы с воздушным сердечником отличаются от других трансформаторов?

Индукция между двумя магнитно связанными катушками и обмотками — принцип работы трансформатора с воздушной катушкой. Эти трансформаторы состоят из первичной и вторичной обмоток, состоящих из изолированных медных проводов.

Как правило, эти катушки наматываются на ненамагниченную поверхность, такую как пластиковые трубки или картон. В отличие от электрических и силовых трансформаторов, в которых сердечники создают поток, трансформаторы с воздушным сердечником создают поток, используя обмотки катушки и воздух, проходящий через ее отверстие.

Преимущества использования трансформаторов с воздушным сердечником

Трансформаторы с воздушным сердечником предлагают различные преимущества при использовании для небольших портативных электронных устройств:

отсутствие потери сигнала, отсутствие искажений и бесшумная работа
отсутствие потерь на гистерезис и вихревые токи
малый вес из-за отсутствия сердечника

Типы трансформаторов с воздушной катушкой

Существуют в основном два типа трансформаторов с воздушным сердечником: : Изолированные медные провода намотаны на цилиндрическую полую неметаллическую конструкцию, которая также обеспечивает механическую поддержку обмотки. Ленты используются в определенных точках при намотке первичной обмотки, а «отводы» используются для наматывания вторичной обмотки. Полый цилиндр и отводы позволяют флюсу течь через воздух внутри полого цилиндра и воздух, герметизирующий обмотку.

Тороидальные трансформаторы с воздушным сердечником : В этом типе трансформатора с воздушным сердечником изолированные медные провода намотаны на неметаллическое кольцо, обычно изготовленное из жесткого пластика. Затем катушка наматывается на периферию кольца. В тороидальных трансформаторах с воздушным сердечником каждая обмотка катушки используется отдельно. Отдельная обмотка гарантирует, что влияние паразитных муфт будет минимальным. По этой причине тороидальные трансформаторы с воздушным сердечником обычно устанавливаются в высокочастотных устройствах. Соотношение первичной и вторичной обмотки зависит от типа работы и изменения частоты.

Поддержание и улучшение характеристик трансформаторов с воздушным сердечником

Существуют определенные меры, которые инженеры и проектировщики-электрики могут предпринять для поддержания или улучшения характеристик трансформатора:

Защитная обмотка может быть намотана на первичную обмотку в трансформаторы для обеспечения согласования импедансов.
Защитная обмотка также может быть подключена к антенным приемникам для улучшения работы трансформаторов.
Другим способом повышения производительности трансформатора является подключение конденсатора к обмотке. Конденсатор позволяет обмотке поддерживать постоянный резонанс схемы настройки.

Теперь ясно, что катушки антенны с воздушным сердечником работают по тому же принципу, что и другие трансформаторы. Однако отсутствие ядер делает их идеальным решением для небольших портативных радиостанций и других устройств связи.

 С 1985 года компания Shreejee Electronics является ведущим поставщиком надежных высокопроизводительных катушек с воздушным сердечником. Мы стремимся предоставлять аудио решения высочайшего качества для наших клиентов в самых разных отраслях. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить запрос предложений, чтобы узнать, как Shreejee может помочь вам в ваших проектах.

Нужны нестандартные магниты?

Мы работаем с вами, чтобы создать компонент, который идеально соответствует вашим потребностям.

Запрос цен

Подписаться на информационный бюллетень

Будьте в курсе отраслевых новостей, новых продуктов, предстоящих выставок, вебинаров и других уведомлений от Shreejee.

Трансформаторы с воздушным сердечником

– Конструкция, работа и практическое применение трансформаторов с воздушным сердечником

Артикул

11 ноября 2020 г. 27 декабря 2022 г. администратор 0 Комментарии

Еще один вид специального трансформатора, часто встречающийся в радиочастотных цепях, — это трансформатор с воздушным сердечником . (Рисунок ниже). В соответствии со своим названием обмотки трансформатора с воздушным сердечником намотаны на немагнитную форму, обычно на полую трубку из какого-либо материала. Степень связи (взаимная индуктивность) между обмотками в таком трансформаторе во много раз меньше, чем у эквивалентного трансформатора с железным сердечником, но нежелательные характеристики ферромагнитного сердечника (потери на вихревые токи, гистерезис, насыщение и др. ) полностью исключаются. устранено. Именно в высокочастотных приложениях эти эффекты железных сердечников наиболее проблематичны.

Трансформаторы с воздушным сердечником могут быть намотаны цилиндрической (а) или тороидальной (б) формы. Первичный с центральным отводом и вторичный (а). Бифилярная обмотка тороидальной формы (б).

См. также: Почему в трансформаторах возникает шум

Внутренняя обмотка соленоида с ответвлениями (рис. (а) выше) без дополнительной обмотки может соответствовать неравным импедансам, когда изоляция по постоянному току не требуется. Когда требуется изоляция, дополнительная обмотка добавляется к одному концу основной обмотки. Трансформаторы с воздушным сердечником используются на радиочастотах, когда потери в железном сердечнике слишком велики. Часто трансформаторы с воздушным сердечником включают параллельно конденсатору, чтобы настроить его на резонанс. Перемотка подключается между радиоантенной и землей для одного из таких приложений. Вторичный настраивается в резонанс с переменным конденсатором. Выходной сигнал может быть взят из точки ответвления для усиления или обнаружения. В радиоприемниках используются малогабаритные трансформаторы с воздушным сердечником миллиметрового размера. В самых больших радиопередатчиках могут использоваться катушки метрового размера. Электромагнитные трансформаторы с неэкранированным воздушным сердечником устанавливаются под прямым углом друг к другу, чтобы предотвратить паразитную связь.

См. также: Потери энергии в трансформаторе

Паразитная связь сводится к минимуму, когда трансформатор наматывается на тороидальную форму. (Рисунок (b) выше). Тороидальные трансформаторы с воздушным сердечником также демонстрируют более высокую степень связи, особенно для бифилярных обмоток . Бифилярные обмотки намотаны из слегка скрученной пары проводов. Это подразумевает соотношение оборотов 1:1. Три или четыре провода могут быть сгруппированы для 1:2 и других интегральных соотношений. Обмотки не обязательно должны быть бифилярными. Это позволяет произвольное соотношение оборотов.