2.3. Трансформаторы, дроссели и катушки индуктивности Основные применения трансформаторов

1. Преобразование (повышение и понижение) напряжения. Трансформатор способен передавать переменное напряжение как без преобразования их по амплитуде (U₁=U₂), так и изменяя его амплитуду (U₁≠U₂), рис.2.22.

Рис.2.22. Простейший двухобмоточный трансформатор:

U₁, I₁, n₁ – напряжение, ток и число витков первичной обмотки (вход трансформатора);

U₂, I₂, n₂ – напряжение, ток и число витков вторичной обмотки (выход трансформатора).

Если коэффициент трансформации , трансформатор понижает напряжение (U₂<U₁). В том случае, если , трансформатор повышает напряжение (U₂>U₁).

Примечание: допускается в качестве входа использовать любую обмотку трансформатора (входной может быть вторичная обмотка: U₂, I₂, n₂), однако в любом случае необходимо выполнение условия: N ≥ N_доп для каждой из обмоток, где N - число витков, приходящихся на один вольт напряжения, N_доп ‑ минимальное допустимое число витков, приходящихся на один вольт напряжения для данного трансформатора (N_доп определяется прежде всего геометрическими параметрами трансформатора, материалом сердечника и рабочей частотой).

2. Использование трансформатора для согласования источника сигнала и нагрузки, рис.2.23.

Рис.2.23. Согласование источника сигнала (генератора) с нагрузкой

а. - схема подключения нагрузки к источнику сигнала;

б. – схема подключения нагрузки к генератору через согласующий трансформатор

К процессу передачи мощности от источника сигнала к нагрузке могут предъявляться различные требования:

1) получение максимального тока в нагрузке;

2) получения максимального напряжения на нагрузке;

3) получение максимальной мощности в нагрузке;

4) достижение максимального соотношения сигнал/шум.

Эти требования могут выполняться только при вполне определенном соотношении R_г и R_н. Однако на практике изменение этих сопротивлений часто невозможно.

При заданных параметрах R_г, E_г и R_н согласование сопротивлений может выполнить трансформатор благодаря его свойству трансформировать токи и напряжения, а, следовательно, и сопротивления.

Примечание: поскольку потерь мощности в трансформаторе практически не происходит (КПД близок к 100%), изменение напряжения сопровождается изменением тока (в обмотке с меньшим напряжением протекает больший ток и наоборот).

3. Использование трансформатора для создания ращепителя фазы сигнала, рис. 2.24.

Рис.2.24. Использование трансформатора для построения ращепителя фазы сигнала.

Вторичная обмотка представлена двумя секциями, имеющими общий вывод (землю). Поэтому относительно этого общего вывода напряжения, снимаемые с крайних выводов секций, находятся в противофазе.

4. Использование трансформаторов для построения ращепителей сигналов, рис.2.25.

Рис.2.25. Использование трансформатора в качестве расщепителя сигнала

В качестве примера приведен трансформатор с тремя вторичными обмотками. В общем случае их число может быть произвольным. Благодаря такой схеме включения к источнику сигнала подключается сразу несколько нагрузок, причем все они гальванически изолированы друг от друга.

5. Применение трансформаторов для гальванической развязки в силовых и сигнальных цепях. Поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи между собой, трансформатор является элементом, обеспечивающим электрическую (гальваническую) изоляцию одного участка цепи от другого. Так, например, в большинстве линейных источников питания используется силовой трансформатор, выполняющий две важные функции: понижение (повышение) напряжения и гальваническую развязку питаемого устройства с силовой электрической цепью.