Špičkové transformátory — princíp činnosti, zariadenie, účel a použitie

Existuje špeciálny typ elektrického transformátora nazývaný špičkový transformátor. Transformátor tohto typu premieňa sínusové napätie aplikované na jeho primárne vinutie na impulzy rôznej polarity a rovnakej frekvencie ako primárne vinutie. sínusové napätie… Sínusová vlna je tu privádzaná do primárneho vinutia a impulzy sú odvádzané zo sekundárneho vinutia špičkového transformátora.

Špičkové transformátory sa v niektorých prípadoch používajú na riadenie zariadení na výboj plynu, ako sú tyratróny a ortuťové usmerňovače, ako aj na riadenie polovodičových tyristorov a na niektoré ďalšie špeciálne účely.

Princíp činnosti špičkového transformátora

Činnosť špičkového transformátora je založená na fenoméne magnetickej saturácie feromagnetického materiálu jeho jadra. Záverom je, že hodnota magnetickej indukcie B v zmagnetizovanom feromagnetickom jadre transformátora nelineárne závisí od sily magnetizačného poľa H daného feromagnetika.

Teda pri nízkych hodnotách magnetizačného poľa H — indukcia B v jadre najskôr rýchlo a takmer lineárne rastie, ale čím väčšie je magnetizačné pole H, tým pomalšie pokračuje rast indukcie B v jadre.

A nakoniec, pri dostatočne silnom magnetizačnom poli sa indukcia B prakticky prestane zvyšovať, hoci intenzita H magnetizačného poľa sa naďalej zvyšuje. Táto nelineárna závislosť B na H sa vyznačuje tzv hysterézny obvod.

Je známe, že magnetický tok F, ktorého zmena spôsobuje indukciu EMF v sekundárnom vinutí transformátora, sa rovná súčinu indukcie B v jadre tohto vinutia o plochu prierezu S vinutia transformátora. navíjacie jadro.

Takže v súlade s Faradayovým zákonom elektromagnetickej indukcie sa EMF E2 v sekundárnom vinutí transformátora ukazuje ako úmerné rýchlosti zmeny magnetického toku F prenikajúceho do sekundárneho vinutia a počtu závitov w v ňom.

Vzhľadom na obidva vyššie uvedené faktory možno ľahko pochopiť, že pri dostatočnej amplitúde na nasýtenie feromagnetika v časových intervaloch zodpovedajúcich špičkám sínusoidy napätia aplikovaného na primárne vinutie špičkového transformátora sa magnetický tok Φ v ňom jadro sa v týchto momentoch prakticky nezmení.

Ale len v blízkosti momentov prechodov sínusoidy magnetizačného poľa H cez nulu sa magnetický tok F v jadre zmení a to dosť prudko a rýchlo (pozri obrázok vyššie).A čím užšia je hysterézna slučka jadra transformátora, tým väčšia je jeho magnetická permeabilita a čím vyššia je frekvencia napätia aplikovaného na primárne vinutie transformátora, tým väčšia je rýchlosť zmeny magnetického toku v týchto momentoch.

Preto v blízkosti momentov prechodu magnetického poľa jadra H cez nulu, vzhľadom na to, že rýchlosť týchto prechodov je vysoká, sa na sekundárnom vinutí transformátora vytvoria krátke zvonovité impulzy so striedavou polaritou, pretože smer strieda sa aj zmena magnetického toku F iniciujúca tieto impulzy.

Špičkové transformátorové zariadenie

Špičkové transformátory môžu byť vyrobené s magnetickým bočníkom alebo s prídavným odporom v napájacom obvode primárneho vinutia.

Riešenie s rezistorom v primárnom okruhu sa veľmi nelíši z klasického transformátora... Len tu je špičkový prúd v primárnom vinutí (spotrebovaný v intervaloch, keď jadro vstupuje do saturácie) obmedzený odporom. Pri navrhovaní takéhoto špičkového transformátora sa riadia požiadavkou zabezpečiť hlbokú saturáciu jadra na vrcholoch polovičných vĺn sínusoidy.

K tomu zvoľte vhodné parametre napájacieho napätia, hodnotu odporu, prierez magnetického obvodu a počet závitov primárneho vinutia transformátora. Aby boli impulzy čo najkratšie, na výrobu magnetického obvodu sa používa magneticky mäkký materiál s charakteristickou vysokou magnetickou permeabilitou, napríklad permaloid.

Amplitúda prijatých impulzov bude priamo závisieť od počtu závitov v sekundárnom vinutí hotového transformátora. Prítomnosť rezistora samozrejme spôsobuje značné straty aktívneho výkonu v takejto konštrukcii, ale výrazne zjednodušuje konštrukciu jadra.

Špičkový prúd obmedzujúci magnetický bočníkový transformátor je vyrobený na trojstupňovom magnetickom obvode, kde tretia tyč je oddelená od prvých dvoch tyčí vzduchovou medzerou a prvá a druhá tyč sú navzájom uzavreté a nesú primárnu a sekundárne vinutia.

Keď sa magnetizačné pole H zvýši, uzavretý magnetický obvod sa najskôr nasýti, pretože jeho magnetický odpor je menší. S ďalším zvýšením magnetizačného poľa sa magnetický tok F uzavrie cez tretiu tyč - skrat, zatiaľ čo reaktivita obvod sa mierne zvyšuje, čo obmedzuje špičkový prúd.

V porovnaní s konštrukciou s odporom sú tu aktívne straty nižšie, aj keď konštrukcia jadra sa ukazuje byť o niečo komplikovanejšia.

Aplikácie so špičkovými transformátormi

Ako ste už pochopili, špičkové transformátory sú potrebné na získanie krátkych impulzov sínusového striedavého napätia. Impulzy získané touto metódou sa vyznačujú krátkym časom nábehu a poklesu, čo umožňuje ich použitie na napájanie riadiacich elektród, napríklad polovodičových tyristorov, vákuových tyratrónov atď.