Трансформаторные подстанции высочайшего качества

В электротехнике широко применяется передача энергии из одного контура цепи в другой при помощи трансформаторов. Они могут иметь различные назначения, но чаще всего предназначаются для преобразования переменного напряжения. Отсюда возникло и само название аппарата, происходящее от латинского слова transformare — преобразовывать. Такое преобразование необходимо, например, в том случае, если напряжение источника энергии отличается от напряжения, которое требуется для приемника энергии.
Трансформаторы состоят из двух или нескольких индуктивно-связанных катушек или обмоток. Ограничимся здесь рассмотрением простейшего двухобмоточного трансформатора без стального (ферромагнитного) магнитопровода. Такие трансформаторы применяются при высоких частотах, а в ряде специальных измерительных устройств и при низких частотах переменного тока.
Обмотка трансформатора, к которой подводится питание, называется первичной, обмотка, к которой присоединяется приемник энергии, — вторичной. Напряжения между выводами обмоток и токи в этих обмотках называются соответственно первичными и вторичными напряжениями и токами трансформатора. Цепи, в состав которых входят первичная и вторичная обмотки трансформатора, называются соответственно первичной и вторичной цепям и трансформатора.
Если пренебречь распределенной емкостью между витками обмоток трансформатора, то цепь, состоящая из дзухобмсп очного трансформатора и приемника, имеет схему, представленную на рис. 7.1.
Введем обозначения: , где и неактивное и реактивное сопротивления приемника, и — активное и реактивное сопротивления вторичного контура.
Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для первичного и вторичного контуров:

Рис. 7.1

Построим векторную диаграмму токов и напряжений для первичной и вторичной цепей. Для этого зададимся током и отложим векторы (рис. 7.2), где принято . Соединив конец вектора с началом векторной диаграммы, получим, как следует из второго уравнения (7.1), вектор . Разделив напряжение на , определим значение тока . Вектор отложим под углом p/2 (в сторону опережения) к вектору . Затем построим векторы . Их сумма равна вектору напряжения .
Решив уравнения (7.1) относительно тока получим

где обозначено

Сопротивления и называют вносимыми (из второго контура в первый) активным и реактивным сопротивлениями. Из структуры выражения (7.2) следует, что со стороны первичной обмотки вся схема может рассматриваться как двухполюсник с сопротивлениями .
Вносимое активное сопротивление всегда больше нуля. В нем поглощается энергия, которая в реальной цепи передается из первичной цепи во вторичную. Вносимое реактивное сопротивление имеет знак, противоположный знаку .
Пользуясь схемой эквивалентного двухполюсника, решим вопрос об условиях передачи максимальной активной мощности во вторичную цепь, т. е. передачи максимальной мощности в сопротивление гвн. Для этого (см. раздел) должны удовлетворяться следующие соотношения между сопротивлениями:

или

Рис. 7.2

Последние соотношения можно получить, если предусмотреть возможность изменения параметров контуров. Для изменения и в первичный и вторичный контуры можно включить конденсаторы переменной емкости (рис. 7.3), для изменения М применить трансформатор с подвижными обмотками (вариометр) или трансформатор с подвижной магнитной системой. Отметим, что для выполнения соотношений (7.5) и (7.6) достаточно предусмотреть изменение только двух из трех параметров и М.
Все приведенные выше выражения справедливы для схемы по рис. 7.3, если положить

Из (7.5) получаем

причем имеет действительное значение при условии, что .
Если , то ни при каких значениях и не может быть получена максимальная мощность.
Схема двух контуров с индуктивной связью (см. рис. 7.1) может быть заменена эквивалентной схемой без индуктивной связи. Для этого соединим между собой два нижних вывода схемы (режим при этом не изменится). Части контуров с элементами и рассмотрим как две индуктивно связанные ветви, присоединенные к одному узлу своими одноименными выводами, и применим для них эквивалентную схему (см. рис. 6.14). В результате для рассматриваемой цепи получим эквивалентную схему по рис. 7.4.

Рис. 7.3

Рис. 7.4