Transformatoare de vârf — principiu de funcționare, dispozitiv, scop și aplicare

Există un tip special de transformator electric numit transformator de vârf. Un transformator de acest tip convertește tensiunea sinusoidală aplicată înfășurării sale primare în impulsuri de polaritate diferită și aceeași frecvență ca și înfășurarea primară. tensiune sinusoidală… Unda sinusoidală este alimentată aici la înfășurarea primară și impulsurile sunt îndepărtate din înfășurarea secundară a transformatorului de vârf.

Transformatoarele de vârf sunt utilizate în unele cazuri pentru a controla dispozitivele de descărcare în gaz, cum ar fi tiratronii și redresoarele cu mercur, precum și pentru a controla tiristoarele semiconductoare și pentru alte scopuri speciale.

Principiul de funcționare al transformatorului de vârf

Funcționarea transformatorului de vârf se bazează pe fenomenul de saturație magnetică a materialului feromagnetic al miezului său. Concluzia este că valoarea inducției magnetice B în miezul feromagnetic magnetizat al transformatorului depinde neliniar de puterea câmpului de magnetizare H al feromagnetului dat.

Astfel, la valori scăzute ale câmpului de magnetizare H - inducția B în miez crește mai întâi rapid și aproape liniar, dar cu cât este mai mare câmpul de magnetizare H, cu atât mai încet inducerea B în miez continuă să crească.

Și în cele din urmă, cu un câmp magnetizant suficient de puternic, inducția B practic încetează să crească, deși intensitatea H a câmpului magnetizant continuă să crească. Această dependență neliniară a lui B de H este caracterizată de așa-numita circuit de histerezis.

Se știe că fluxul magnetic F, a cărui modificare determină inducerea EMF în înfășurarea secundară a transformatorului, este egal cu produsul inducției B în miezul acestei înfășurări cu aria secțiunii transversale S a miez de înfăşurare.

Deci, în conformitate cu legea lui Faraday a inducției electromagnetice, EMF E2 din înfășurarea secundară a transformatorului se dovedește a fi proporțională cu rata de modificare a fluxului magnetic F care pătrunde în înfășurarea secundară și cu numărul de spire w în acesta.

Luând în considerare ambii factori de mai sus, se poate înțelege cu ușurință că, cu o amplitudine suficientă pentru a satura feromagnetul în intervalele de timp corespunzătoare vârfurilor sinusoidei tensiunii aplicate înfășurării primare a transformatorului de vârf, fluxul magnetic Φ în acesta este miezul în aceste momente practic nu se va schimba.

Dar numai în apropierea momentelor de tranziție ale sinusoidei câmpului de magnetizare H prin zero, fluxul magnetic F din miez se va schimba și destul de brusc și rapid (a se vedea figura de mai sus).Și cu cât bucla de histerezis a miezului transformatorului este mai îngustă, cu atât permeabilitatea sa magnetică este mai mare și cu cât frecvența tensiunii aplicate înfășurării primare a transformatorului este mai mare, cu atât este mai mare rata de modificare a fluxului magnetic în aceste momente.

În consecință, în apropierea momentelor de tranziție a câmpului magnetic al miezului H la zero, având în vedere că viteza acestor tranziții este mare, pe înfășurarea secundară a transformatorului se vor forma impulsuri scurte în formă de clopot de polaritate alternativă, deoarece direcția de alternează şi modificarea fluxului magnetic F care iniţiază aceste impulsuri.

Dispozitiv transformator de vârf

Transformatoarele de vârf pot fi realizate cu un șunt magnetic sau cu o rezistență suplimentară în circuitul de alimentare al înfășurării primare.

Soluția cu un rezistor în circuitul primar nu este mult diferită de la un transformator clasic... Doar aici curentul de vârf din înfășurarea primară (consumat în intervalele când miezul intră în saturație) este limitat de un rezistor. În proiectarea unui astfel de transformator de vârf, aceștia sunt ghidați de cerința de a asigura o saturație profundă a miezului la vârfurile semi-undelor undei sinusoidale.

Pentru a face acest lucru, selectați parametrii corespunzători ai tensiunii de alimentare, valoarea rezistorului, secțiunea transversală a circuitului magnetic și numărul de spire în înfășurarea primară a transformatorului. Pentru a face impulsurile cât mai scurte posibil, pentru producerea circuitului magnetic este utilizat un material moale din punct de vedere magnetic, cu permeabilitate magnetică caracteristică ridicată, de exemplu permaloid.

Amplitudinea impulsurilor primite va depinde direct de numărul de spire din înfășurarea secundară a transformatorului finit. Prezența unui rezistor, desigur, provoacă pierderi semnificative de putere activă într-un astfel de design, dar simplifică foarte mult proiectarea nucleului.

Un transformator shunt magnetic de limitare a curentului de vârf este realizat pe un circuit magnetic în trei trepte, unde a treia tijă este separată de primele două tije printr-un spațiu de aer, iar prima și a doua tijă sunt închise una față de cealaltă și poartă primarul și înfăşurări secundare.

Când câmpul de magnetizare H crește, circuitul magnetic închis se saturează mai întâi deoarece rezistența sa magnetică este mai mică. Odată cu o creștere suplimentară a câmpului de magnetizare, fluxul magnetic F este închis prin a treia tijă - șuntul, în timp ce reactivitate circuitul crește ușor, ceea ce limitează curentul de vârf.

În comparație cu un design care implică un rezistor, pierderile active sunt mai mici aici, deși construcția miezului se dovedește a fi puțin mai complicată.

Aplicații cu transformatoare de vârf

După cum ați înțeles deja, transformatoarele de vârf sunt necesare pentru a obține impulsuri scurte de tensiune alternativă sinusoidală. Impulsurile obținute prin această metodă sunt caracterizate printr-un timp scurt de creștere și scădere, ceea ce face posibilă utilizarea lor pentru a alimenta electrozi de control, de exemplu, tiristoare semiconductoare, tiratroni de vid etc.