ТРАНСФОРМАТОР С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к области трансформаторостроения и может быть использовано в различных электротехнических системах, в основе которых в качестве преобразователей переменного тока (напряжения) применяются трансформаторы (Тр).
Целью предлагаемой полезной модели является - улучшение технических характеристик однофазного трансформатора при максимально упрощенных его электрических связей во вторичной обмотке.
Известно, что главный недостаток существующих трансформаторов состоит в том, что токи в первичной и во вторичных обмотках не находятся в противофазе, ибо ток во вторичной обмотке зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Вследствие чего перенос энергии из первичной обмотки во вторичную связан с большими потерями в стали магнитопровода Тр. Для устранения этого недостатка предложено несколько схем, на которые получены патенты №№56064, 2324992, 76159.
Ближайшими прототипами предлагаемой модели являются - Линейный трансформатор (Патент №56064), Трансформатор (Патент №2324992). Однако авторы считают, что указанную схему можно упростить, сохранив при этом все ее достоинства.
1
2
б
На фиг.1 изображена схема Тр с отрицательной обратной связью (ООС). В предлагаемой модели ООС реализуется во вторичной обмотке с помощью диодов VD1=VD2=VD, конденсаторов С=С=С и балластного сопротивления R.
1
1
2
2
н
Как первичная обмотка Тр характеризуется активным сопротивлением R и индуктивностью.L, так и вторичная - R и L. Нагрузкой Тр является активное сопротивление R.
1
2
б
Диоды в ветви электрически соединяются последовательно, образуя при этом среднюю точку, к которой присоединяется один из выводов вторичной обмотки. Противоположные выводы диодов замыкаются двумя последовательно включенными конденсаторами (С и С) и параллельно подключенным к обоим конденсаторам балластным сопротивлением R.
н
Средняя точка обоих конденсаторов электрически соединяется с одним из выводов нагрузки R, второй вывод нагрузки - электрически связывается со свободным выводом вторичной обмотки Тр.
Известно, что при активной нагрузке вторичной обмотки Тр ток во вторичной обмотке смещается от противофазности к току первичной обмотки на угол меньший 180°, т.е. на угол 180° - φ, где φ=arctg. Задачей ООС является - обеспечить задержку на φ°.
Принцип работы ООС состоит в следующем.
2
б
1
2
б
б
0
При указанной мгновенной полярности сигнала (фиг.1) во вторичной обмотке оба конденсатора будут заряжаться, но зарядка конденсатора С, из-за балластного сопротивления R, будет происходить с некоторой задержкой по времени по отношению к конденсатору С. Диод VD2 будет закрыт до тех пор, пока амплитуда напряжения во вторичной обмотке не станет меньше напряжения на конденсаторе С. Принимая во внимание, что напряжение на конденсаторе отстает от тока на  радиан, то это означает, что при R=0 диоды обеспечивают задержку на величину , а при R≠0 , где φ определяется значениями емкостей (С) и балластного сопротивления.
Уравнения, описывающие процессы в предлагаемой схеме, в форме Фурье имеют вид
1
1
2
где (ω),(ω), (ω) - комплексы напряжений и токов;
М - коэффициент взаимной индукции.
б
1
2
Нетрудно показать, что, обеспечив значение вещественной части, стоящей в квадратных скобках последнего выражения, равной нулю, то таким образом можно достаточно просто достичь противофазности токов в первичной и во вторичной обмотках Тр. Например, при R=0 и RCω=, соотношение между токами , где N, N - число витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.
Проведенные экспериментальные исследования на двухобмоточных Тр, используемые в бытовой и военной технике, полностью подтвердили справедливость результатов теоретических исследований.