Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Электричество и электроника для всех. Добро пожаловать в это пространство, посвященное основам электричества и электроники, электрическим установкам и практическому применению этих замечательных наук. Этот сайт был разработан, чтобы предоставить знания, практику и ссылки, необходимые для облегчения вашего обучения.
 

 

Справочник электрика / Трансформаторы и электрические машины

 

Пик-трансформаторы - принцип действия, устройство, назначение и применение



Существует особая разновидность электрического трансформатора, называемая пик-трансформатором. Трансформатор данного типа преобразует синусоидальное напряжение, подаваемое на его первичную обмотку, — в импульсы разной полярности и той же частоты, что первичное синусоидальное напряжение. Синусоида подается здесь на первичную обмотку, а импульсы снимаются со вторичной обмотки пик-трансформатора.

К использованию пик-трансформаторов прибегают в некоторых случаях для управления газоразрядными приборами, такими как тиратроны и ртутные выпрямители, а также для управления полупроводниковыми тиристорами, и в некоторых других специальных целях.

Пик-трансформаторы - принцип действия, устройство, назначение и применение

Принцип действия пик-трансформатора

В основе работы пик-трансформатора лежит явление магнитного насыщения ферромагнитного материала его сердечника. Суть в том, что величина магнитной индукции B в намагничиваемом ферромагнитном сердечнике трансформатора нелинейно зависит от напряженности намагничивающего данный ферромагнетик поля Н.

Так, при малых значениях намагничивающего поля H - индукция B в сердечнике сначала быстро и почти линейно нарастает, но чем большим становится намагничивающее поле H — тем медленнее продолжает нарастать индукция B в сердечнике.

И в конце концов, при достаточно сильном намагничивающем поле, индукция B практически перестает увеличиваться даже несмотря на то, что продолжает увеличиваться напряженность H намагничивающего поля. Данная нелинейная зависимость B от H характеризуется так называемой петлей гистерезиса.

Принцип действия пик-трансформатора

Известно, что магнитный поток Ф, изменение которого и вызывает наведение ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, равен произведению индукции B в сердечнике данной обмотки на площадь S поперечного сечения сердечника обмотки.

Итак, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС E2 во вторичной обмотке трансформатора оказывается пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего вторичную обмотку и количеству витков w в ней.

ЭДС во вторичной обмотке трансформатора

Учитывая оба вышеупомянутых фактора можно легко понять, что имея достаточную амплитуду чтобы насытить ферромагнетик в промежутки времени, приходящиеся на верхушки синусоиды напряжения подаваемого на первичную обмотку пик-трансформатора, магнитный поток Ф в его сердечнике в данные моменты практически уже не будет изменяться.

Но лишь вблизи моментов переходов синусоиды намагничивающего поля H через ноль, магнитный поток Ф в сердечнике будет изменяться, причем достаточно резко и быстро (см. рисунок выше). И чем уже петля гистерезиса сердечника трансформатора, чем больше его магнитная проницаемость, и чем выше окажется частота напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, — тем значительнее будет и скорость изменения магнитного потока в эти моменты.

Соответственно, вблизи моментов перехода намагничивающего сердечник поля H через ноль, учитывая что скорость этих переходов высока, на вторичной обмотке трансформатора будут формироваться короткие колоколообразные импульсы чередующейся полярности, поскольку направление изменения инициирующего данные импульсы магнитного потока Ф также чередуется.

Устройство пик-трансформатора

Пик-трансформаторы могут быть выполнены с магнитным шунтом либо с дополнительным резистором в цепи питания первичной обмотки.Устройство пик-трансформатора

Решение с резистором в первичной цепи мало чем отличается от классического трансформатора. Только здесь пиковый ток в первичной обмотке (потребляемый в промежутки времени когда сердечник входит в насыщение) ограничивается резистором. Конструируя такой пик-трансформатор, руководствуются требованием обеспечить глубокое насыщение сердечника на вершинах полуволн синусоиды.

Для этого подбирают подходящие параметры напряжения питания, номинал резистора, сечение магнитопровода и количество витков в первичной обмотке трансформатора. Чтобы импульсы получились как можно короче, для изготовления магнитопровода применяют магнитомягкий материал с характерно высокой магнитной проницаемостью, например пермаллой.

Амплитуда получаемых импульсов будет напрямую зависеть от количества витков во вторичной обмотке готового трансформатора. Наличие резистора, конечно, обуславливает в такой конструкции значительные активные потери мощности, зато сильно упрощает конструкцию сердечника.

Пик-трансформатор с токоограничительным магнитным шунтом изготавливается на трехстержневом магнитопроводе, где третий стержень отделен от первых двух стержней воздушным зазором, а первый и второй стержни замкнуты друг с другом, и несут на себе первичную и вторичную обмотки.

Когда намагничивающее поле H нарастает, замкнутый магнитопровод насыщается первым, ведь его магнитное сопротивление меньше. При дальнейшем нарастании намагничивающего поля, магнитный поток Ф замыкается через третий стержень — шунт, при этом реактивное сопротивление цепи чуть-чуть возрастает, что и ограничивает пиковый ток.

По сравнению с конструкцией включающей резистор, здесь активные потери ниже, хотя конструкция сердечника и оказывается несколько сложнее.

Применение пик-трансформаторов

Как вы уже поняли, пик-трансформаторы нужны для получения коротких импульсов из синусоидального переменного напряжения. Получаемые данным способом импульсы отличаются короткими фронтами и спадами, что позволяет использовать их для питания управляющих электродов например полупроводниковых тиристоров, вакуумных тиратронов и т. д.