Topptransformatorer — funktionsprincip, enhet, syfte och tillämpning

Det finns en speciell typ av elektrisk transformator som kallas en topptransformator. En transformator av denna typ omvandlar den sinusformade spänningen som appliceras på dess primärlindning till pulser med olika polaritet och samma frekvens som primärlindningen sinusformad spänning… Sinusvågen matas här till primärlindningen och pulserna tas bort från topptransformatorns sekundärlindning.

Topptransformatorer används i vissa fall för att styra gasurladdningsanordningar som tyratroner och kvicksilverlikriktare, samt för att styra halvledartyristorer och för vissa andra speciella ändamål.

Funktionsprincipen för topptransformatorn

Driften av topptransformatorn är baserad på fenomenet magnetisk mättnad av det ferromagnetiska materialet i dess kärna. Slutsatsen är att värdet på den magnetiska induktionen B i transformatorns magnetiserade ferromagnetiska kärna olinjärt beror på styrkan hos magnetiseringsfältet H hos den givna ferromagneten.

Sålunda, vid låga värden av magnetiseringsfältet H - ökar induktionen B i kärnan först snabbt och nästan linjärt, men ju större magnetiseringsfältet H är, desto långsammare fortsätter induktionen B i kärnan att växa.

Och så småningom, med ett tillräckligt starkt magnetiseringsfält, slutar induktionen B praktiskt taget att öka, även om magnetiseringsfältets intensitet H fortsätter att öka. Detta olinjära beroende av B av H kännetecknas av den sk hystereskrets.

Det är känt att det magnetiska flödet F, vars förändring orsakar induktionen av EMF i transformatorns sekundärlindning, är lika med produkten av induktionen B i kärnan av denna lindning med tvärsnittsarean S av lindande kärna.

Så, i enlighet med Faradays lag om elektromagnetisk induktion, visar sig EMF E2 i transformatorns sekundärlindning vara proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet F som penetrerar sekundärlindningen och antalet varv w i den.

Med tanke på båda ovanstående faktorer kan det lätt förstås att med tillräcklig amplitud för att mätta ferromagneten i tidsintervallen som motsvarar topparna för sinusformen för spänningen som appliceras på topptransformatorns primärlindning, det magnetiska flödet Φ i den kärnan i dessa ögonblick kommer praktiskt taget inte att förändras.

Men bara nära ögonblicken av övergångar av sinusoiden av magnetiseringsfältet H till noll kommer det magnetiska flödet F i kärnan att förändras och ganska skarpt och snabbt (se figuren ovan).Och ju smalare hysteresloopen för transformatorkärnan är, desto större är dess magnetiska permeabilitet och ju högre frekvensen av spänningen som appliceras på transformatorns primärlindning, desto större är förändringshastigheten för det magnetiska flödet i dessa ögonblick.

Följaktligen, nära övergångsögonblicken för kärnans H magnetfält till noll, givet att hastigheten för dessa övergångar är hög, kommer korta klockformade pulser med alternerande polaritet att bildas på transformatorns sekundärlindning, eftersom riktningen av förändring av det magnetiska flödet F som initierar dessa pulser alternerar också.

Peak transformator enhet

Topptransformatorer kan göras med en magnetisk shunt eller med ett extra motstånd i primärlindningens matningskrets.

Lösningen med ett motstånd i primärkretsen är inte mycket annorlunda från en klassisk transformator... Endast här begränsas toppströmmen i primärlindningen (förbrukas i intervallen när kärnan går in i mättnad) av ett motstånd. Vid utformningen av en sådan topptransformator styrs de av kravet att tillhandahålla djup mättnad av kärnan vid topparna av sinusvågens halvvågor.

För att göra detta, välj lämpliga parametrar för matningsspänningen, värdet på motståndet, tvärsnittet av den magnetiska kretsen och antalet varv i transformatorns primärlindning. För att göra pulserna så korta som möjligt används ett magnetiskt mjukt material med karakteristisk hög magnetisk permeabilitet, till exempel permaloid, för framställningen av den magnetiska kretsen.

Amplituden för de mottagna pulserna kommer direkt att bero på antalet varv i sekundärlindningen av den färdiga transformatorn. Närvaron av ett motstånd orsakar naturligtvis betydande förluster av aktiv effekt i en sådan design, men det förenklar kärnans design avsevärt.

En toppströmbegränsande magnetisk shunttransformator är gjord på en magnetisk trestegskrets, där den tredje staven är separerad från de två första stängerna av ett luftgap, och de första och andra stängerna är stängda till varandra och bär den primära och sekundära lindningar.

När magnetiseringsfältet H ökar, mättas först den slutna magnetiska kretsen eftersom dess magnetiska motstånd är mindre. Med en ytterligare ökning av magnetiseringsfältet stängs det magnetiska flödet F genom den tredje stången — shunten, medan reaktivitet kretsen ökar något, vilket begränsar toppströmmen.

Jämfört med en design som involverar ett motstånd är de aktiva förlusterna lägre här, även om kärnkonstruktionen visar sig vara lite mer komplicerad.

Applikationer med topptransformatorer

Som du redan förstått är topptransformatorer nödvändiga för att få korta pulser av sinusformad växelspänning. Pulserna som erhålls med denna metod kännetecknas av en kort stig- och falltid, vilket gör det möjligt att använda dem för att styra elektroder, till exempel halvledartyristorer, vakuumtyratroner, etc.