Špičkové transformátory — princip činnosti, zařízení, účel a použití

Existuje speciální typ elektrického transformátoru nazývaný špičkový transformátor. Transformátor tohoto typu převádí sinusové napětí aplikované na jeho primární vinutí na impulsy různé polarity a stejné frekvence jako primární vinutí. sinusové napětí… Sinusová vlna je zde přiváděna do primárního vinutí a pulsy jsou odváděny ze sekundárního vinutí špičkového transformátoru.

Špičkové transformátory se v některých případech používají k řízení zařízení pro výboj plynu, jako jsou tyratrony a rtuťové usměrňovače, stejně jako k řízení polovodičových tyristorů a pro některé další speciální účely.

Princip činnosti špičkového transformátoru

Činnost špičkového transformátoru je založena na jevu magnetické saturace feromagnetického materiálu jeho jádra. Závěrem je, že hodnota magnetické indukce B ve zmagnetizovaném feromagnetickém jádru transformátoru nelineárně závisí na síle magnetizačního pole H daného feromagnetika.

Tedy při nízkých hodnotách magnetizačního pole H — indukce B v jádře nejprve rychle a téměř lineárně roste, ale čím větší je magnetizační pole H, tím pomaleji roste indukce B v jádru.

A nakonec při dostatečně silném magnetizačním poli se indukce B prakticky přestane zvyšovat, i když intenzita H magnetizačního pole stále roste. Tato nelineární závislost B na H je charakterizována tzv hysterezní obvod.

Je známo, že magnetický tok F, jehož změna způsobuje indukci EMF v sekundárním vinutí transformátoru, je roven součinu indukce B v jádře tohoto vinutí o plochu průřezu S vinutí transformátoru. vinuté jádro.

Takže v souladu s Faradayovým zákonem elektromagnetické indukce se EMF E2 v sekundárním vinutí transformátoru ukazuje jako úměrné rychlosti změny magnetického toku F pronikajícího do sekundárního vinutí a počtu závitů w v něm.

S ohledem na oba výše uvedené faktory lze snadno pochopit, že při dostatečné amplitudě k nasycení feromagnetika v časových intervalech odpovídajících špičkám sinusoidy napětí aplikovaného na primární vinutí špičkového transformátoru se magnetický tok Φ v něm jádro se v těchto okamžicích prakticky nezmění.

Ale pouze v blízkosti okamžiků přechodů sinusoidy magnetizačního pole H nulou se magnetický tok F v jádře změní a to poměrně prudce a rychle (viz obrázek výše).A čím užší je hysterezní smyčka jádra transformátoru, tím větší je jeho magnetická permeabilita a čím vyšší je frekvence napětí aplikovaného na primární vinutí transformátoru, tím větší je rychlost změny magnetického toku v těchto okamžicích.

V blízkosti okamžiků přechodu magnetického pole jádra H přes nulu, za předpokladu, že rychlost těchto přechodů je vysoká, se na sekundárním vinutí transformátoru vytvoří krátké zvonovité pulzy se střídavou polaritou, protože směr střídá se také změna magnetického toku F iniciující tyto impulsy.

Špičkové transformátorové zařízení

Špičkové transformátory lze vyrobit s magnetickým bočníkem nebo s přídavným rezistorem v napájecím obvodu primárního vinutí.

Řešení s rezistorem v primárním okruhu se příliš neliší z klasického transformátoru... Pouze zde je špičkový proud v primárním vinutí (spotřebovaný v intervalech, kdy jádro vstupuje do saturace) omezen rezistorem. Při navrhování takového špičkového transformátoru se řídí požadavkem zajistit hluboké nasycení jádra ve špičkách půlvln sinusovky.

K tomu zvolte vhodné parametry napájecího napětí, hodnotu odporu, průřez magnetického obvodu a počet závitů primárního vinutí transformátoru. Aby byly pulsy co nejkratší, používá se pro výrobu magnetického obvodu magneticky měkký materiál s charakteristickou vysokou magnetickou permeabilitou, například permaloid.

Amplituda přijatých impulsů bude přímo záviset na počtu závitů v sekundárním vinutí hotového transformátoru. Přítomnost rezistoru samozřejmě způsobuje v takovém provedení značné ztráty činného výkonu, ale značně zjednodušuje návrh jádra.

Špičkový proud omezující magnetický bočníkový transformátor je vyroben na třístupňovém magnetickém obvodu, kde třetí tyč je oddělena od prvních dvou tyčí vzduchovou mezerou a první a druhá tyč jsou vzájemně uzavřeny a nesou primární a sekundární vinutí.

Když se zvětší magnetizační pole H, uzavřený magnetický obvod se nejprve nasytí, protože jeho magnetický odpor je menší. S dalším nárůstem magnetizačního pole je magnetický tok F uzavřen přes třetí tyč - bočník, zatímco reaktivita obvod se mírně zvětší, což omezuje špičkový proud.

Ve srovnání s provedením s odporem jsou zde aktivní ztráty nižší, i když konstrukce jádra se ukazuje být o něco složitější.

Aplikace se špičkovými transformátory

Jak jste již pochopili, špičkové transformátory jsou nezbytné pro získání krátkých pulzů sinusového střídavého napětí. Impulsy získané touto metodou se vyznačují krátkou dobou náběhu a poklesu, což umožňuje jejich použití k napájení řídicích elektrod, například polovodičových tyristorů, vakuových tyratronů atd.