Вршни трансформатори — принцип рада, уређај, намена и примена

Постоји посебан тип електричног трансформатора који се зове вршни трансформатор. Трансформатор овог типа претвара синусоидални напон примењен на његов примарни намотај у импулсе различитог поларитета и исте фреквенције као примарни синусни напон… Синусни талас се овде доводи до примарног намотаја и импулси се уклањају из секундарног намотаја вршног трансформатора.

Пеак трансформатори се у неким случајевима користе за управљање уређајима за пражњење гаса као што су тиратрони и живини исправљачи, као и за управљање полупроводничким тиристорима и за неке друге посебне намене.

Принцип рада вршног трансформатора

Рад вршног трансформатора заснива се на феномену магнетног засићења феромагнетног материјала његовог језгра. Закључак је да вредност магнетне индукције Б у магнетизованом феромагнетном језгру трансформатора нелинеарно зависи од јачине магнетног поља Х датог феромагнета.

Дакле, при ниским вредностима магнетизирајућег поља Х — индукција Б у језгру прво брзо и скоро линеарно расте, али што је веће магнетно поље Х, то спорије наставља да расте индукција Б у језгру.

И на крају, са довољно јаким магнетним пољем, индукција Б практично престаје да расте, иако интензитет Х магнетизирајућег поља наставља да расте. Ову нелинеарну зависност Б од Х карактерише тзв хистерезисно коло.

Познато је да је магнетни флукс Ф, чија промена изазива индукцију ЕМФ у секундарном намотају трансформатора, једнак производу индукције Б у језгру овог намотаја на површину попречног пресека С намотаја. језгро за намотавање.

Дакле, у складу са Фарадејевим законом електромагнетне индукције, ЕМФ Е2 у секундарном намотају трансформатора испада пропорционалан брзини промене магнетног флукса Ф који продире у секундарни намотај и броју завоја в у њему.

Узимајући у обзир оба горе наведена фактора, лако се може схватити да са довољном амплитудом да засити феромагнет у временским интервалима који одговарају врховима синусоида напона примењеног на примарни намотај вршног трансформатора, магнетни флукс Φ у њему расте језгро у овим тренуцима се практично неће променити.

Али само близу тренутака прелаза синусоида магнетизирајућег поља Х кроз нулу, магнетни флукс Ф у језгру ће се променити и то прилично оштро и брзо (види слику изнад).И што је ужа петља хистерезе језгра трансформатора, већа је његова магнетна пермеабилност, а што је већа фреквенција напона примењеног на примарни намотај трансформатора, већа је брзина промене магнетног флукса у овим тренуцима.

Сходно томе, у близини момената преласка магнетног поља језгра Х кроз нулу, с обзиром на то да је брзина ових прелаза велика, на секундарном намотају трансформатора ће се формирати кратки звонасти импулси наизменичног поларитета, пошто је правац промена магнетног флукса Ф који покреће ове импулсе такође се мења.

Уређај вршног трансформатора

Вршни трансформатори се могу направити са магнетним шантом или са додатним отпорником у кругу напајања примарног намотаја.

Решење са отпорником у примарном колу није много другачије од класичног трансформатора... Само овде је вршна струја у примарном намотају (потрошена у интервалима када језгро улази у засићење) ограничена отпорником. Приликом пројектовања таквог вршног трансформатора, они се руководе захтевом да обезбеде дубоко засићење језгра на врховима полуталаса синусног таласа.

Да бисте то урадили, изаберите одговарајуће параметре напона напајања, вредност отпорника, попречни пресек магнетног кола и број окрета у примарном намотају трансформатора. Да би импулси били што краћи, за израду магнетног кола користи се магнетно меки материјал са карактеристичном високом магнетном пермеабилности, на пример пермалоид.

Амплитуда примљених импулса ће директно зависити од броја завоја у секундарном намотају готовог трансформатора. Присуство отпорника, наравно, узрокује значајне губитке активне снаге у таквом дизајну, али у великој мери поједностављује дизајн језгра.

Магнетни шант трансформатор који ограничава вршну струју направљен је на тростепеном магнетном колу, где је трећи штап одвојен од прве две шипке ваздушним размаком, а први и други штап су међусобно затворени и носе примарни и секундарни намотаји.

Када се магнетно поље Х повећа, затворено магнетно коло се прво засити јер је његов магнетни отпор мањи. Са даљим повећањем магнетизирајућег поља, магнетни флукс Ф се затвара кроз трећи штап — шант, док се реактивност коло се незнатно повећава, што ограничава вршну струју.

У поређењу са дизајном који укључује отпорник, активни губици су овде мањи, иако се испоставља да је конструкција језгра мало компликованија.

Примене са вршним трансформаторима

Као што сте већ разумели, вршни трансформатори су неопходни за добијање кратких импулса синусоидног наизменичног напона. Импулсе добијене овом методом карактерише кратко време успона и пада, што омогућава њихово коришћење за напајање контролних електрода, на пример, полупроводничких тиристора, вакуумских тиратрона итд.