Piektransformatoren - werkingsprincipe, apparaat, doel en toepassing

Er is een speciaal type elektrische transformator die een piektransformator wordt genoemd. Een transformator van dit type zet de sinusvormige spanning die wordt toegepast op de primaire wikkeling om in pulsen van verschillende polariteit en met dezelfde frequentie als de primaire wikkeling. sinusvormige spanning… De sinusgolf wordt hier naar de primaire wikkeling gevoerd en de pulsen worden uit de secundaire wikkeling van de piektransformator afgevoerd.

Piektransformatoren worden in sommige gevallen gebruikt om gasontladingsapparaten zoals thyratrons en kwikgelijkrichters te regelen, evenals om halfgeleiderthyristors te besturen en voor enkele andere speciale doeleinden.

Het werkingsprincipe van de piektransformator

De werking van de piektransformator is gebaseerd op het fenomeen van magnetische verzadiging van het ferromagnetische materiaal van zijn kern. De conclusie is dat de waarde van de magnetische inductie B in de gemagnetiseerde ferromagnetische kern van de transformator niet-lineair afhangt van de sterkte van het magnetiseringsveld H van de gegeven ferromagneet.

Dus bij lage waarden van het magnetiseringsveld H - neemt de inductie B in de kern eerst snel en bijna lineair toe, maar hoe groter het magnetiseringsveld H, hoe langzamer de inductie B in de kern blijft groeien.

En uiteindelijk, met een voldoende sterk magnetiserend veld, stopt de inductie B praktisch met toenemen, hoewel de intensiteit H van het magnetiserend veld blijft toenemen. Deze niet-lineaire afhankelijkheid van B van H wordt gekenmerkt door de zgn hysterese circuit.

Het is bekend dat de magnetische flux F, waarvan de verandering de inductie van EMF in de secundaire wikkeling van de transformator veroorzaakt, gelijk is aan het product van de inductie B in de kern van deze wikkeling door het dwarsdoorsnedegebied S van de kronkelende kern.

Dus, in overeenstemming met de wet van Faraday van elektromagnetische inductie, blijkt de EMF E2 in de secundaire wikkeling van de transformator evenredig te zijn met de veranderingssnelheid van de magnetische flux F die de secundaire wikkeling binnendringt en het aantal windingen w daarin.

Gezien beide bovenstaande factoren, kan gemakkelijk worden begrepen dat met voldoende amplitude om de ferromagneet te verzadigen in de tijdsintervallen die overeenkomen met de pieken van de sinusoïde van de spanning die wordt toegepast op de primaire wikkeling van de piektransformator, de magnetische flux Φ daarin de kern op deze momenten zal praktisch niet veranderen.

Maar alleen in de buurt van de overgangsmomenten van de sinusoïde van het magnetiserende veld H door nul, zal de magnetische flux F in de kern vrij scherp en snel veranderen (zie de figuur hierboven).En hoe smaller de hysteresislus van de transformatorkern, hoe groter de magnetische permeabiliteit en hoe hoger de frequentie van de spanning die wordt toegepast op de primaire wikkeling van de transformator, hoe groter de veranderingssnelheid van de magnetische flux op deze momenten.

Dienovereenkomstig zullen zich nabij de overgangsmomenten van het magnetische veld van de kern H door nul, aangezien de snelheid van deze overgangen hoog is, korte klokvormige pulsen van wisselende polariteit vormen op de secundaire wikkeling van de transformator, aangezien de richting van verandering van de magnetische flux F die deze pulsen initieert, wisselt ook af.

Piektransformator apparaat

Piektransformatoren kunnen worden gemaakt met een magnetische shunt of met een extra weerstand in het voedingscircuit van de primaire wikkeling.

De oplossing met een weerstand in het primaire circuit is niet veel anders van een klassieke transformator... Alleen hier wordt de piekstroom in de primaire wikkeling (verbruikt in de intervallen wanneer de kern verzadigd raakt) begrensd door een weerstand. Bij het ontwerpen van een dergelijke piektransformator laten ze zich leiden door de vereiste om diepe verzadiging van de kern te bieden bij de toppen van de halve golven van de sinusgolf.

Selecteer hiervoor de juiste parameters van de voedingsspanning, de waarde van de weerstand, de doorsnede van het magnetische circuit en het aantal windingen in de primaire wikkeling van de transformator. Om de pulsen zo kort mogelijk te maken, wordt voor de productie van het magnetische circuit een magnetisch zacht materiaal gebruikt met een karakteristieke hoge magnetische permeabiliteit, bijvoorbeeld permaloïde.

De amplitude van de ontvangen pulsen zal direct afhangen van het aantal windingen in de secundaire wikkeling van de voltooide transformator. De aanwezigheid van een weerstand veroorzaakt natuurlijk aanzienlijke verliezen aan actief vermogen in een dergelijk ontwerp, maar het vereenvoudigt het ontwerp van de kern aanzienlijk.

Een piekstroombeperkende magnetische shunttransformator wordt gemaakt op een drietraps magnetisch circuit, waarbij de derde staaf wordt gescheiden van de eerste twee staven door een luchtspleet, en de eerste en tweede staven zijn gesloten voor elkaar en dragen de primaire en secundaire wikkelingen.

Wanneer het magnetiseringsveld H toeneemt, verzadigt het gesloten magnetische circuit eerst omdat de magnetische weerstand ervan kleiner is. Met een verdere toename van het magnetiserende veld wordt de magnetische flux F gesloten door de derde staaf - de shunt, terwijl reactiviteit het circuit neemt iets toe, wat de piekstroom beperkt.

Vergeleken met een ontwerp met een weerstand zijn de actieve verliezen hier lager, al blijkt de kernconstructie iets ingewikkelder te zijn.

Toepassingen met piektransformatoren

Zoals je al begreep, zijn piektransformatoren nodig om korte pulsen van sinusvormige wisselspanning te verkrijgen. De pulsen die met deze methode worden verkregen, worden gekenmerkt door een korte stijg- en daaltijd, waardoor ze kunnen worden gebruikt om stuurelektroden van stroom te voorzien, bijvoorbeeld halfgeleiderthyristors, vacuümthyratrons, enz.