3.1.4 Воздушный трансформатор

Важным частным случаем линейной электрической цепи с взаимной индуктивностью является воздушный трансформатор, то есть трансформатор без стального сердечника. Он представляет в простейшем случае две электрически не соединенные и неподвижные друг относительно друга катушки, связанные между собой потоком взаимной индукции. Одну из таких катушек обычно называют первичной обмоткой трансформатора, а другую — вторичной обмоткой. К первичной обмотке непосредственно подключается источник переменной ЭДС, а к вторичной обмотке — потребитель (нагрузка). Трансформатор предназначен для преобразования величин токов и напряжений при неизменной частоте. Схема замещения его приведена на рисунке 3.5, а.

а)	б)
Рисунок 3.5 – Схема замещения (а) и векторная диаграмма токов и напряжений (б) воздушного трансформатора

При выбранных положительных направлениях токов катушки включены встречно.

Уравнения воздушного трансформатора на основании второго закона Кирхгофа

,      . (3.23)

При холостом ходе трансформатора, когда , , легко определить взаимную индуктивность катушек, измерив ток холостого хода в первичной обмотке и напряжение холостого хода на вторичной обмотке . Из формул (3.23) находим

. (3.24)

По уравнениям (3.23) можно построить векторную диаграмму воздушного трансформатора, которая для произвольной нагрузки с углом сдвига фаз между током и напряжением приведена на рисунке 3.5, б.

3.2 Пояснения к лабораторной установке

В лабораторной работе в качестве источника питания используется сеть переменного тока с напряжением в 220 В и частотой 50 Гц. Для регулирования напряжения, подводимого к схеме, применен лабораторный автотрансформатор. Катушки взаимной индуктивности намотаны на общий изоляционный каркас, концы их обмоток выведены на стенд.

3.3 Порядок выполнения работы

3.3.1 Определение параметров катушек

1) По схеме рисунка 3.6, а собрать электрическую цепь для определения параметров , и , элементов схемы замещения каждой из катушек.

а)	б)	в)
Рисунок 3.6 – Схема цепи (а) для экспериментального определения параметров индуктивных катушек (б), (в)

2) Измерить ток , напряжение и активную мощность при подключении к зажимам « » индуктивных катушек (рисунок 3.6, б) и (рисунок 3.6, в).

3) По данным измерений вычислить параметры катушек. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Данные измерений и результаты расчетов параметров индуктивных катушек

Индуктивная катушка	Результаты измерений			Результаты расчетов
	,	,	,	,	,	,	,	,
	А	В	Вт	Ом	Ом	Ом	Гн	град
Катушка I ( )
Катушка II ( )

Для расчетов использовать формулы

,      ,      ,      ,      , (3.25)

где циклическая частота , а линейная частота тока в цепи Гц.