ТРАНСФОРМАТОР С ПАРНЫМИ ВЫХОДНЫМИ ОБМОТКАМИ

Предполагаемая полезная модель относится к области трансформаторостроения, и может быть использовано в различных электротехнических системах, в основе которых в качестве преобразователей одной системы переменного напряжения в другую применяются трансформаторы (Тр), работающие в конечном итоге на резистивную нагрузку.
На основании теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в монографии авторов Ермакова И.И. и Киселева В.В. «Обобщенная теория электрических и магнитных цепей»-Казань, 2007 - 132 С., где указано, что для существующих классических трансформаторов следует рассматривать две проблемы:
Во-первых, реально ток во вторичной обмотке, который определяется характером нагрузки не находится в противофазе по отношению к току в первичной обмотке. Вследствие чего магнитные потоки, созданные потоками первичной и вторичной обмоток, алгебраически не могут вычитаться. Во вторичной обмотке «как бы» появляется дополнительная поперечная составляющая магнитного потока, связанная с деформацией плоскостных орбит движения электронов в витках обмоток в пространственные. Это обстоятельство приводит к появлению в Тр высших гармоник, к накоплению потерь в стали, к нарушению постоянства коэффициента трансформации.
с
Во-вторых, при рассмотрении ЭДС (Е) самоиндукции обычно пользуются упрощенной формулой
Где  - индуктивность обмотки;  - ток в витках обмотки.
В действительности ЭДС самоиндукции определяется другим выражением:
где  характеризует потокосцепление;
- индуктивность обмотки;
- число витков;
,  - площадь сечения и средняя длина МП;
- абсолютная магнитная проницаемость материала МП
Поскольку все величины, кроме , входящие в индуктивность, являются постоянными, а  и  (причем для трансформаторной стали ) полностью определяются свойствами ферроматериала магнитопровода, то для того, чтобы выполнить условие
необходимо выбирать соответствующий ферроматериал, или ограничивать коэффициент трансформации по току. Других каких-то подстроечных методов здесь не существует.
Что касается первой проблемы, то она к настоящему времени уже решалась.
Известен линейный трансформатор по патенту на полезную модель №56064 от 27.08.2006 г., МПК H01F 27/34, 27/38;
положительное решение о выдаче Патента на изобретение по заявке №200614905/09(047946) от 11.12.2006, прототип, содержащий классический трансформатор, две диодные ветви, каждая из которых образована двумя последовательно (согласовано) включенными диодами, два конденсатора, балластное сопротивление и активную нагрузку.
Недостаток этого технического решения заключается в том, что возникает необходимость в использовании дополнительных устройств, усложняющих схему Тр в целом, и в сложности настройки схем на резонанс по 2-ой гармонике.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение противофазности токов в первичной и во вторичной обмотках.
Технический результат достигается тем, что в классическом Тр, имеющем во вторичной цепи парное число обмоток (по количеству резистивных нагрузок), обмотки по парно соединяются встречно, а нагрузки включаются между одноименными зажимами двух обмоток. При этом каждая пара обмоток должна по техническим характеристикам - числу витков, индуктивности и т.д. - быть близкими друг к другу.
На фиг.1 приведена электрическая схема Тр с одной парой вторичных (выходных) обмоток.
2
3
H
H
Она включает в себя трансформатор 1, две выходные обмотки 2 (индуктивностью L=L=L) и нагрузку 3 (R). Согласно схеме (фиг.1), вторичные обмотки соединяются встречно. Потенциалы точек a, b и с одинаковы. Нагрузка (R) включается между одноименными зажимами обмоток.
Принцип работы схемы и обоснованность эффекта предлагаемой полезной модели состоит в следующем:
H
H
1. По нагрузке R протекает суммарный ток от обеих обмоток. Следовательно, обмотки могут быть выполнены из провода меньшего диаметра, но с большим числом витков. Если при этом имеется необходимость повысить не только ток, но и напряжение на нагрузке R.
2. Встречное (по парное) включение вторичных обмоток означает, что по ним будут протекать встречные токи, имеющие противоположные по знаку поперечные составляющие. При одинаковых технических характеристиках обеих обмоток поперечная составляющая тока в одной обмотке скомпенсирует ту же составляющую в другой обмотке.
Таким образом, введением парных обмоток во вторичной цепи Тр (по числу резистивных нагрузок), включенных между собой встречно, удается сцентрировать результирующий магнитный поток, порожденный вторичными обмотками, относительно магнитного потока первичной обмотки. Или иначе, с помощью двух встречно включенных вторичных обмоток Тр можно симметрировать результирующий магнитный поток, обусловленный протеканием по ним тока, относительно магнитного потока первичной обмотки. В результате этого обо магнитных потока оказываются в противофазе, вследствие чего будет происходить линейный отбор электрической энергии из первичной обмотке во вторичную.
Проведенные экспериментальные исследования на трансформаторах типа ТН-56-220-50, ТН-61-220-50, ТАН 104-127/220-50 и других полностью подтвердили справедливость выводов, приведенных в описании.
На фиг.2 представлены характеристики изменения к.п.д. для Тр ТН-56-220-50 в четырех вариантах. Он имеет четыре выходные (вторичные) обмотки, близки по техническим характеристикам.
На фиг.2 представлена:
1 обмотка, это означает - только одна обмотка подключена к переменной резистивной нагрузке.
2 обмотки встречно - две обмотки из четырех включены встречно и переменная резистивная нагрузка включена между одноименными зажимами этих обмоток. Другие две обмотки разомкнуты.
2 обмотки согласно - две обмотки из четырех включены на переменную нагрузку, остальные две - разомкнуты.
4 обмотки - по две обмотки включены согласно, а затем каждая пара обмоток между собой соединены встречно и между их одноименными зажимами включена переменная нагрузка.
Из анализа приведенных на фиг.2 характеристик следует:
Во-первых, в любом случае при встречном включении парных обмоток имеется выигрыш в к.п.д.
Во-вторых, чем ближе трансформатор работает к номинальной (расчетной) нагрузке, тем больший получается выигрыш по к.п.д. (до 10%).
H
В третьих, оптимальное значение нагрузки (R) отмечается тогда, когда она равна по величине индуктивному сопротивлению (ωL) одной из встречно включенных обмоток.
Таким образом можно сказать, что предлагаемая полезная модель несет практический смысл ее внедрения.