Воздушный трансформатор представляет собой прибор для преобразования параметров электрического тока при отсутствии непосредственного контакта между составными частями. Другими словами, передача энергии производится беспроводным способом, через воздух.
Принцип действия
Поскольку воздушная среда при обычных условиях (нормальная влажность, отсутствие разнозаряженных ионов) — плохой проводник тока, то использование воздушных трансформаторов в качестве источников повышенного тока или напряжения малоэффективно. Иное дело – преобразование частоты переменного тока, где не требуются значительные энергетические затраты. Поэтому рассматриваемые устройства предназначаются для передачи токов разной частоты во время трансляции радиосигналов.
По схеме действия воздушный трансформатор – это устройство с условным воздушным «сердечником» — зазором, который разделяет первичную и вторичную обмотки. Для стабильности такого зазора проволочные обмотки наматываются на прямоугольную основу из конденсаторного картона или другого изолятора, ввиду чего основной токопроводящей средой является воздух.
Классификация разновидностей
Все виды воздушных трансформаторов сводятся к двум группам:
- Импедансные, используемые для согласования значений падения напряжения у источника и потребителя нагрузки с целью обеспечения наиболее эффективной передачи энергии;
- Изолирующие, которые применяются по соображениям безопасности для изоляции части оборудования от источника энергии.
В воздушных трансформаторах все токи считаются возбуждающими. Они индуцируют вторичное напряжение, значение которого сравнимо с общей индуктивностью электрической системы. Поэтому материал основы сердечника отличается наивысшими показателями магнитной проницаемости. К таким материалам относят также стекло, фарфор, слюда, некоторые виды пластмассы.
Однако только электроизоляционный картон ГОСТ 2824-86 отличается благоприятным сочетанием показателей прочности (электрической и механической), плотности и стойкости к перепадам влажности окружающей среды.
Устройство
В трансформаторах сердечник используется с целью ограничения магнитного потока и усиления связи между первичной и вторичной обмотками. Во всех конструкциях воздушных трансформаторов применение диамагнитных материалов обеспечивает отсутствие гистерезисных и вихревых потерь и искажений электромагнитного поля, поскольку это приводит к ухудшению качества радиосигнала.
В дополнение к бесшумной работе беспроводные трансформаторы отличаются ещё и малым весом. Именно поэтому этот тип трансформатора подходит для портативных, легких электронных и высокочастотных устройств.
По исполнению сердечника воздушные трансформаторы подразделяют на цилиндрические и тороидальные. Правильный выбор материала сердечника обеспечивает изделиям:
- Усиление магнитного поля.
- Высокий КПД устройства.
- Отсутствие потерь мощности при трансформации.
- Стабильность соотношения первичного напряжения ко вторичному.
Как изготовить и собрать воздушный трансформатор
Предварительно определяются с материалом сердечника. Используя электротехнический картон, необходимо, чтобы его рабочие характеристики соответствовали следующим нормам ГОСТ 2824-86:
- Толщине, мм, не менее – 2,0…2,5.
- Плотности, г/см3, не менее – 1,0…1,15.
- Пределу прочности на растяжение, МПа, не менее – 105…110.
- Пределу прочности на изгиб, МПа, не менее – 35…40.
- Электрической прочности, кВ/мм, не менее – 11…12.
- Относительной влажности, % — 8±2.
В случае использования других материалов их физико-механические характеристики должны быть не ниже перечисленных выше.
Катушки изолированной медной проволоки наматываются на пластиковую трубку или полый тор. Для принятой конфигурации сердечника его момент сопротивления принимают наибольшим при заданном внешнем размере поперечного сечения: это обеспечивает обмотке необходимую механическую поддержку. Медная обмотка вокруг тора или цилиндра может, при необходимости, выноситься на разные точки, откуда и снимается вторичное напряжение.
Иногда, с целью поддержания в схеме настройки постоянного резонанса, к обмотке дополнительно подключается конденсатор. Магнитный поток протекает через воздух, окружающий обмотку, и воздух, имеющийся внутри полого сердечника.
Для правильного согласования значений падения напряжения поверх основной медной обмотки наматывается еще и защитная обмотка. Ее соединяют с антенными приемниками и должным образом заземляют.
Тороидальные сердечники имеют преимущество перед цилиндрическими, поскольку влияние блуждающей связи здесь минимально. Воздушные трансформаторы такого исполнения используются в особо высокочастотных приложениях.
«Они индуцируют вторичное напряжение, значение которого сравнимо с общей индуктивностью электрической системы». Как напряжение сравнивать с индуктивностью???? «ввиду чего основной токопроводящей средой является воздух» Что за бред????