Vršni transformatori — princip rada, uređaj, namjena i primjena

Postoji posebna vrsta električnih transformatora koji se nazivaju vršni transformatori. Transformator ove vrste pretvara sinusni napon primijenjen na njegov primarni namot u impulse različitog polariteta i iste frekvencije kao primarni sinusni napon… Sinusni val se ovdje dovodi do primarnog namota, a impulsi se uklanjaju iz sekundarnog namota vršnog transformatora.

Vršni transformatori se u nekim slučajevima koriste za upravljanje uređajima s plinskim pražnjenjem kao što su tiratroni i živini ispravljači, kao i za upravljanje poluvodičkim tiristorima i za neke druge posebne namjene.

Princip rada vršnog transformatora

Rad vršnog transformatora temelji se na fenomenu magnetskog zasićenja feromagnetskog materijala njegove jezgre. Zaključak je da vrijednost magnetske indukcije B u magnetiziranoj feromagnetskoj jezgri transformatora nelinearno ovisi o jakosti magnetizirajućeg polja H danog feromagneta.

Dakle, pri niskim vrijednostima magnetizirajućeg polja H - indukcija B u jezgri prvo brzo i gotovo linearno raste, ali što je veće magnetizirajuće polje H, to sporije indukcija B u jezgri nastavlja rasti.

I na kraju, s dovoljno jakim poljem magnetiziranja, indukcija B praktički prestaje rasti, iako intenzitet H polja magnetiziranja nastavlja rasti. Ovu nelinearnu ovisnost B o H karakterizira tzv krug histereze.

Poznato je da je magnetski tok F, čija promjena uzrokuje indukciju EMF u sekundarnom namotu transformatora, jednak umnošku indukcije B u jezgri ovog namota s površinom poprečnog presjeka S namotana jezgra.

Dakle, u skladu s Faradayevim zakonom elektromagnetske indukcije, EMF E2 u sekundarnom namotu transformatora ispada da je proporcionalan brzini promjene magnetskog toka F koji prodire kroz sekundarni namot i broju zavoja w u njemu.

Uzimajući u obzir oba gornja čimbenika, može se lako razumjeti da s dovoljnom amplitudom za zasićenje feromagneta u vremenskim intervalima koji odgovaraju vrhovima sinusoide napona primijenjenog na primarni namot vršnog transformatora, magnetski tok Φ u njemu jezgra u tim trenucima praktički se neće promijeniti.

Ali samo blizu trenutaka prijelaza sinusoide magnetizirajućeg polja H kroz nulu, magnetski tok F u jezgri će se promijeniti i to prilično oštro i brzo (vidi gornju sliku).A što je petlja histereze jezgre transformatora uža, to je veća njegova magnetska propusnost, a što je veća frekvencija napona primijenjenog na primarni namot transformatora, to je veća brzina promjene magnetskog toka u tim trenucima.

Sukladno tome, u blizini trenutaka prijelaza magnetskog polja jezgre H kroz nulu, s obzirom da je brzina tih prijelaza velika, na sekundarnom namotu transformatora formirat će se kratki zvonasti impulsi izmjeničnog polariteta, budući da je smjer promjena magnetskog toka F koja pokreće te impulse također se izmjenjuje.

Vršni transformatorski uređaj

Vršni transformatori mogu biti izrađeni s magnetskim šantom ili s dodatnim otpornikom u krugu napajanja primarnog namota.

Rješenje s otpornikom u primarnom krugu nije puno drugačije od klasičnog transformatora... Samo ovdje je vršna struja u primarnom namotu (potrošena u intervalima kada jezgra ulazi u zasićenje) ograničena otpornikom. U projektiranju takvog vršnog transformatora, vođeni su zahtjevom da se osigura duboko zasićenje jezgre na vrhovima poluvalova sinusnog vala.

Da biste to učinili, odaberite odgovarajuće parametre napona napajanja, vrijednost otpornika, presjek magnetskog kruga i broj zavoja u primarnom namotu transformatora. Kako bi impulsi bili što kraći, za izradu magnetskog kruga koristi se magnetski mekši materijal karakteristične visoke magnetske propusnosti, na primjer permaloid.

Amplituda primljenih impulsa izravno će ovisiti o broju zavoja u sekundarnom namotu gotovog transformatora. Prisutnost otpornika, naravno, uzrokuje značajne gubitke aktivne snage u takvom dizajnu, ali uvelike pojednostavljuje dizajn jezgre.

Magnetski šant transformator s ograničenjem vršne struje izrađen je na trostupanjskom magnetskom krugu, gdje je treća šipka odvojena od prve dvije šipke zračnim rasporom, a prva i druga šipka su zatvorene jedna prema drugoj i nose primarni i sekundarni namoti.

Kad magnetizirajuće polje H raste, zatvoreni magnetski krug prvo dolazi do zasićenja jer je njegov magnetski otpor manji. S daljnjim povećanjem polja magnetiziranja, magnetski tok F se zatvara kroz treću šipku - shunt, dok reaktivnost krug se malo povećava, što ograničava vršnu struju.

U usporedbi s dizajnom koji uključuje otpornik, aktivni gubici su ovdje manji, iako se konstrukcija jezgre ispostavlja malo kompliciranijom.

Primjene s vršnim transformatorima

Kao što ste već shvatili, vršni transformatori su potrebni za dobivanje kratkih impulsa sinusoidnog izmjeničnog napona. Impulsi dobiveni ovom metodom karakteriziraju kratko vrijeme porasta i pada, što ih omogućuje korištenje za napajanje kontrolnih elektroda, na primjer, poluvodičkih tiristora, vakuumskih tiratrona itd.