Topptransformatorer — prinsipp for drift, enhet, formål og anvendelse

Det er en spesiell type elektrisk transformator som kalles en topptransformator. En transformator av denne typen konverterer den sinusformede spenningen som påføres primærviklingen til pulser med forskjellig polaritet og samme frekvens som primærviklingen. sinusformet spenning… Sinusbølgen mates her til primærviklingen og pulsene fjernes fra sekundærviklingen til topptransformatoren.

Topptransformatorer brukes i noen tilfeller til å kontrollere gassutladningsenheter som tyratroner og kvikksølvlikrettere, samt for å kontrollere halvledertyristorer og til noen andre spesielle formål.

Prinsippet for drift av topptransformatoren

Driften av topptransformatoren er basert på fenomenet magnetisk metning av det ferromagnetiske materialet i kjernen. Konklusjonen er at verdien av den magnetiske induksjonen B i den magnetiserte ferromagnetiske kjernen til transformatoren ikke-lineært avhenger av styrken til magnetiseringsfeltet H til den gitte ferromagneten.

Ved lave verdier av magnetiseringsfeltet H - øker induksjonen B i kjernen først raskt og nesten lineært, men jo større magnetiseringsfeltet H er, jo saktere fortsetter induksjonen B i kjernen å vokse.

Og til slutt, med et tilstrekkelig sterkt magnetiseringsfelt, slutter induksjonen B praktisk talt å øke, selv om intensiteten H til magnetiseringsfeltet fortsetter å øke. Denne ikke-lineære avhengigheten av B av H er preget av den såkalte hysteresekrets.

Det er kjent at den magnetiske fluksen F, hvis endring forårsaker induksjon av EMF i sekundærviklingen til transformatoren, er lik produktet av induksjonen B i kjernen av denne viklingen med tverrsnittsarealet S av svingete kjerne.

Så, i samsvar med Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, viser EMF E2 i sekundærviklingen til transformatoren seg å være proporsjonal med endringshastigheten til den magnetiske fluksen F som trenger inn i sekundærviklingen og antall omdreininger w i den.

Tatt i betraktning begge de ovennevnte faktorene, kan det lett forstås at med tilstrekkelig amplitude til å mette ferromagneten i tidsintervallene som tilsvarer toppene til sinusoiden til spenningen påført primærviklingen til topptransformatoren, den magnetiske fluksen Φ i den kjernen i disse øyeblikkene vil praktisk talt ikke endre seg.

Men bare i nærheten av overgangsmomentene til sinusoiden til magnetiseringsfeltet H til null, vil den magnetiske fluksen F i kjernen endre seg og ganske skarpt og raskt (se figuren ovenfor).Og jo smalere hysteresesløyfen til transformatorkjernen er, jo større er dens magnetiske permeabilitet, og jo høyere frekvensen av spenningen som påføres primærviklingen til transformatoren, desto større er endringshastigheten til den magnetiske fluksen i disse øyeblikkene.

Følgelig, nær overgangsmomentene av magnetfeltet til kjernen H til null, gitt at hastigheten på disse overgangene er høy, vil korte klokkeformede pulser med vekslende polaritet dannes på transformatorens sekundære vikling, siden retningen til endring av den magnetiske fluksen F som initierer disse pulsene veksler også.

Peak transformator enhet

Topptransformatorer kan lages med en magnetisk shunt eller med en ekstra motstand i forsyningskretsen til primærviklingen.

Løsningen med en motstand i primærkretsen er ikke mye annerledes fra en klassisk transformator... Bare her er toppstrømmen i primærviklingen (forbrukt i intervallene når kjernen går inn i metning) begrenset av en motstand. Ved utforming av en slik topptransformator styres de av kravet om å gi dyp metning av kjernen ved toppene av halvbølgene til sinusbølgen.

For å gjøre dette, velg de riktige parameterne for forsyningsspenningen, verdien av motstanden, tverrsnittet til den magnetiske kretsen og antall omdreininger i transformatorens primærvikling. For å gjøre pulsene så korte som mulig, brukes et magnetisk mykt materiale med karakteristisk høy magnetisk permeabilitet, for eksempel permaloid, til produksjon av den magnetiske kretsen.

Amplituden til de mottatte pulsene vil direkte avhenge av antall omdreininger i sekundærviklingen til den ferdige transformatoren. Tilstedeværelsen av en motstand forårsaker selvfølgelig betydelige tap av aktiv kraft i et slikt design, men det forenkler utformingen av kjernen.

En toppstrømbegrensende magnetisk shunttransformator er laget på en tre-trinns magnetisk krets, der den tredje stangen er atskilt fra de to første stengene med et luftgap, og den første og andre stangen er lukket for hverandre og bærer primær- og sekundære viklinger.

Når magnetiseringsfeltet H øker, mettes den lukkede magnetiske kretsen først fordi dens magnetiske motstand er mindre. Med en ytterligere økning i magnetiseringsfeltet lukkes den magnetiske fluksen F gjennom den tredje stangen - shunten, mens reaktivitet kretsen øker litt, noe som begrenser toppstrømmen.

Sammenlignet med et design som involverer en motstand, er de aktive tapene lavere her, selv om kjernekonstruksjonen viser seg å være litt mer komplisert.

Applikasjoner med topptransformatorer

Som du allerede har forstått, er topptransformatorer nødvendige for å oppnå korte pulser med sinusformet vekselspenning. Pulsene oppnådd ved denne metoden er preget av en kort stige- og falltid, noe som gjør det mulig å bruke dem til å styre elektroder, for eksempel halvledertyristorer, vakuumtyratroner, etc.