Пикови трансформатори — принцип на действие, устройство, предназначение и приложение

Има специален тип електрически трансформатор, наречен пиков трансформатор. Трансформатор от този тип преобразува синусоидалното напрежение, приложено към неговата първична намотка, в импулси с различна полярност и същата честота като първичната синусоидално напрежение… Синусоидалната вълна се подава тук към първичната намотка и импулсите се отстраняват от вторичната намотка на пиковия трансформатор.

Пикови трансформатори се използват в някои случаи за управление на газоразрядни устройства като тиратрони и живачни токоизправители, както и за управление на полупроводникови тиристори и за някои други специални цели.

Принципът на работа на пиковия трансформатор

Работата на пиковия трансформатор се основава на явлението магнитно насищане на феромагнитния материал на сърцевината му. Изводът е, че стойността на магнитната индукция В в намагничената феромагнитна сърцевина на трансформатора нелинейно зависи от силата на намагнитващото поле H на дадения феромагнетик.

И така, при ниски стойности на намагнитващото поле H — индукцията B в сърцевината първо бързо и почти линейно се увеличава, но колкото по -голямо е намагнитващото поле H, толкова по -бавно индукцията B в сърцевината продължава да расте.

И в крайна сметка, при достатъчно силно намагнитващо поле, индукцията В практически престава да се увеличава, въпреки че интензитетът Н на намагнитващото поле продължава да се увеличава. Тази нелинейна зависимост на В от Н се характеризира с т.нар хистерезисна верига.

Известно е, че магнитният поток Ф, чиято промяна причинява индуцирането на ЕРС във вторичната намотка на трансформатора, е равен на произведението на индукцията В в сърцевината на тази намотка от площта на напречното сечение S на намотаващото ядро.

Така че, в съответствие със закона на Фарадей за електромагнитната индукция, ЕМП E2 във вторичната намотка на трансформатора се оказва пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток F, проникваща във вторичната намотка и броя на завъртанията w в нея.

Като се имат предвид и двата горни фактора, може лесно да се разбере, че с достатъчна амплитуда за насищане на феромагнетика във времевите интервали, съответстващи на върховете на синусоидата на напрежението, приложено към първичната намотка на пиковия трансформатор, магнитният поток Ф в него ядрото в тези моменти практически няма да се промени.

Но само близо до моментите на преходи на синусоидата на намагнитващото поле Н през нула, магнитният поток Ф в сърцевината ще се промени и доста рязко и бързо (вижте фигурата по -горе). И колкото по -тесен е хистерезисният контур на сърцевината на трансформатора, толкова по -голяма е неговата магнитна пропускливост и колкото по -висока е честотата на напрежението, подавано към първичната намотка на трансформатора, толкова по -голяма е скоростта на промяна на магнитния поток в тези моменти.

Съответно, в близост до моментите на преход на магнитното поле на сърцевината Н през нула, като се има предвид, че скоростта на тези преходи е висока, на вторичната намотка на трансформатора ще се образуват къси камбановидни импулси с променлива полярност, тъй като посоката на промяна на магнитния поток F, иницииращ тези импулси, също се редува.

Пиково трансформаторно устройство

Пиковите трансформатори могат да бъдат направени с магнитен шунт или с допълнителен резистор в захранващата верига на първичната намотка.

Решението с резистор в първичната верига не е много по -различно от класически трансформатор… Само тук пиковият ток в първичната намотка (консумиран в интервалите, когато ядрото влиза в насищане) е ограничен от резистор. При проектирането на такъв пиков трансформатор те се ръководят от изискването да осигурят дълбоко насищане на сърцевината при върховете на полувълните на синусоидата.

За да направите това, изберете подходящите параметри на захранващото напрежение, стойността на резистора, напречното сечение на магнитната верига и броя на завъртанията в първичната намотка на трансформатора. За да бъдат импулсите възможно най -кратки, за производството на магнитна верига се използва магнитно мек материал с характерна висока магнитна пропускливост, например пермалоид.

Амплитудата на получените импулси директно ще зависи от броя на завъртанията във вторичната намотка на готовия трансформатор. Наличието на резистор, разбира се, причинява значителни загуби на активна мощност в такъв дизайн, но значително опростява дизайна на ядрото.

Пиков трансформатор с ограничаващ тока магнитен шунт е направен на тристепенна магнитна верига, където третият прът е отделен от първите два пръта с въздушна междина, а първият и вторият прът са затворени помежду си и носят първичната и вторичната намотки.

Когато намагнитващото поле H се увеличава, затворената магнитна верига първо се насища, тъй като магнитното му съпротивление е по -малко. При по -нататъшно увеличаване на намагнитващото поле магнитният поток Ф се затваря през третия прът — шунта, докато реактивност веригата се увеличава леко, което ограничава пиковия ток.

В сравнение с дизайн, включващ резистор, активните загуби са по -ниски тук, въпреки че конструкцията на ядрото се оказва малко по -сложна.

Приложения с пикови трансформатори

Както вече разбрахте, пиковите трансформатори са необходими за получаване на къси импулси от синусоидално променливо напрежение. Получените по този метод импулси се характеризират с кратко време на нарастване и спадане, което прави възможно използването им за захранване на електроди за управление, например полупроводникови тиристори, вакуумни тиратрони и др.