Трансформатор
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования переменного напряжения. Технический результат состоит в обеспечении преобразования энергии только в одну сторону при подавлении обратной передачи. Трансформатор имеет замкнутый магнитопровод, проходящий внутри вторичной обмотки и огибающий ее снаружи. Все проводники первичной обмотки находятся с внешней стороны магнитопровода. При штатном подключении к переменному напряжению первичной обмотки магнитопровод ведет себя как разомкнутый сердечник, что не мешает появлению во вторичной обмотке выходного напряжения. В случае подачи переменного напряжения на вторичную обмотку почти весь магнитный поток замыкается магнитопроводом внутри первичной обмотки и индуцируемая в ней очень слабая э.д.с. определяется только рассеянием магнитного поля вне магнитопровода. 1 ил.
Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения только в одну сторону при подавлении обратной передачи. Может применяться при обработке сигналов в радиотехнике или в электротехническом оборудовании.
Классический трансформатор состоит из магнитопровода, проходящего сквозь две электрические обмотки. Преобразование напряжения происходит за счет явления взаимоиндукции (Л.А.Бессонов «Теоретические основы электротехники». Издание шестое, переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1973 г.). Поскольку по магнитному полю обмотки имеют общее потокосцепление, любая может служить первичной, а оставшаяся - вторичной. Коэффициент трансформации определяется только соотношением количества витков упомянутых обмоток (за вычетом потерь).
Известно разнообразие конструкций трансформаторов, различающихся формой магнитопроводов, расположением и подключением обмоток. Чаще всего применяются замкнутые магнитопроводы, иногда с зазором и редко - разомкнутые, передающие магнитное поле через окружающее пространство.
Однако один и тот же магнитопровод может для одних обмоток быть замкнутым, а для других разомкнутым. Чтобы замкнутый магнитопровод работал как разомкнутый сердечник, обмотка должна целиком располагаться только с внешней стороны. При этом для обмоток, сидящих на стержнях магнитопровода, он остается замкнутым.
Известны технические решения, формально содержащие обмотки обоих упомянутых типов. Например, в патентах №2129315 и №2129316 от 10.04.97 вторичная обмотка окружает оба стержня магнитопровода, несущих на себе две секции первичной обмотки. Однако для получения на вторичной обмотке напряжения весь магнитопровод должен целиком намагничиваться токами первичной обмотки в направлении ее оси, т.е. работать как разомкнутый. Следовательно, первичная обмотка, формально намотанная на отдельные стержни, по сумме токов окружает их целиком. При обратном включении указанного трансформатора она обязана выдавать существенное напряжение. Таким образом, прототип в исходном виде не годится для преобразования переменного напряжения в одну сторону при подавлении обратной передачи.
Трансформатор, доработанный для решения этой задачи, изображен на фиг.1 с различными типами магнитопроводов: a - стержневой, b - броневой, с - на ферритовых чашках. Все проводники первичной обмотки 1 находятся только с внешней стороны магнитопровода 2. Его участок внутри вторичной обмотки 3 всегда замкнут огибающей магнитной цепью.
В штатном режиме при подаче переменного напряжения на первичную обмотку 1 весь магнитопровод 2 намагничивается вдоль ее оси. Примерно половина потока магнитной индукции проходит через вторичную обмотку 3, вызывая на ней выходное напряжение. При обратном включении переменное напряжение подается на обмотку 3. Внутри нее возникает магнитное поле, которое замыкается огибающей ветвью магнитопровода 2. В итоге, изменение суммарного потока магнитной индукции через обмотку 1, опоясывающую весь магнитопровод, определяется только слабым рассеянием за его пределы.
Экспериментально был проверен вариант трансформатора с броневым сердечником, несущим 1600 витков вторичной обмотки. В первом испытании первичная обмотка имела 1300 витков. При ее подключении к переменному напряжению 15 В 50 Гц, на вторичной наблюдалось 4.98 В. При подаче этого же напряжения на вторичную обмотку, на первичной оказалось всего 0.03 В. Во втором эксперименте первичная обмотка была домотана до 1800 витков. При той же самой величине входного напряжения на выходе было измерено в прямом включении 3.60 В, в обратном 0.05 В. При делении отношения выходного и входного напряжений на отношение числа витков выходной и входной обмоток получаем коэффициент передачи по напряжению, который в обоих опытах составил в прямом направлении 27%, в обратном 0.3%.
Трансформатор, содержащий замкнутый магнитопровод с обмотками, из которых как минимум у одной все проводники находятся только с внешней стороны магнитопровода, отличающийся тем, что данная обмотка является первичной, а внутри вторичной обмотки расположен участок магнитопровода, замкнутый магнитной цепью, огибающей эту обмотку снаружи.
