Импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы применяются в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т.п.

Одно из основных требований, предъявляемых к импульсным трансформаторам – минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.

Для выяснения принципиальной возможности трансформирования кратковременных однополярных импульсов рассмотрим идеальный трансформатор (без потерь и паразитных емкостей), работающий без нагрузки. Допустим, на вход этого трансформатора поступают однополярные импульсы прямоугольной формы продолжительностью t_и с периодом Т (рис. 1.32, а). Первичный контур трансформатора обладает некоторой постоянной времени обусловленной индуктивностью этого контура L₁.

Рис. 1.32. Кривые напряжения в импульсном трансформаторе

Рассмотрим случай, когда постоянная времени намного меньше продолжительности импульса ( ). При этом график первичного тока имеет вид кривой, отличающейся от прямоугольника. Кривая же вторичного напряжения значительно искажена. При этом в интервале времени 1 – 2 напряжение , так как при э.д.с , где М – взаимная индуктивность между обмотками. Следовательно, при трансформирование импульсов невозможно.

Рассмотрим другой случай, когда . Этот случай более реален, так как продолжительность импульсов обычно не превышает 10^-4 с. Теперь, когда импульс прекращается еще до окончания переходного процесса в первичной цепи, импульсы на выходе трансформатора не имеют значительных искажений (рис. 1.32, б). При этом отрицательная часть импульса легко устраняется включением диода во вторичную цепь трансформатора.

Рассмотренные явления выявляют лишь принципиальную возможность трансформирования кратковременных однополярных импульсов без особых искажений их формы. При более подробном рассмотрении работы импульсного трансформатора электромагнитные процессы в нем оказываются намного сложнее, так как на них значительное влияние оказывают явление гистерезиса, вихревые токи, паразитные емкостные связи (между витками и об­мотками), индуктивности рассеяния обмоток. Для ослабления нежелательного влияния перечисленных факторов импульсные трансформаторы проектируют таким образом, чтобы они работали с линейной магнитной характеристикой, т. е. с таким значением магнитной индукции в сердечнике, при котором рабочая точка расположена ниже зоны магнитного насыщения на кривой намагничивания трансформатора. Кроме того, магнитный материал сердечника должен обладать небольшой величиной остаточной индукции (малой коэрцитивной силой). Для понижения остаточной ин­дукции магнитопровод импульсного трансформатора в некоторых случаях снабжают небольшим воздушным зазором. С этой же целью иногда применяют подмагничивание трансформатора постоянным током, полярность которого противоположна полярности трансформируемых импульсов. Это мероприятие позволяет снизить магнитную индукцию в сердечнике в интервале между импульсами.

Магнитопроводы импульсных трансформаторов изготавливают из магнитных материалов с повышенной магнитной проницаемостью (холоднокатаная сталь, железоникелевые сплавы и др.) при толщине лепты 0,02 0,35 мм. Иногда магнитопровод делают из феррита. Сердечники импульсных трансформаторов обычно делают тороидальными..

Чтобы уменьшить паразитные емкости и индуктивности рас­сеяния обмоток, их стараются делать с небольшим числом витков. При этом весьма малая продолжительность импульсов позволяет выполнять обмотки импульсных трансформаторов проводом уменьшенного сечения (применять повышенные плотности тока), не вызывая недопустимых перегревов. Последнее способствует уменьшению габаритов импульсных трансформаторов.

1.14.3. Пик – трансформаторы

Пик –трансформаторы предназначены для преобразования на­пряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления управляемых диодов (тиристоров), тиратронов и т. п. Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.

Рассмотрим пик-трансформатор с активным сопротивлением. Первичную обмотку трансформатора подключают к сети синусоидального напряжения через большое активное добавочное сопротивление (рис. 1.33, а). Магнитную индукцию выбирают такой, чтобы магнитопровод находился в состоянии сильного магнитного насыщения. Однако намагничивающий ток и при этом будет иметь синусоидальную форму, так как его величина определяется сопротивлением . Магнитный поток Ф в магнитопроводе изменяется по уплощенной кривой (рис. 1.33, б), а вторичная э. д. с.

(1.92)

имеет пикообразную форму (штриховая кривая), достигая макси­мальных (пиковых) значений в моменты времени, когда магнитный поток Ф и ток равны нулю, т. е. когда скорости их изменения максимальны.

Рис. 1.33. Пик-трансформатор с активным сопротивлением

Большое распространение полупили пик-трансформаторы с шунтом (рис. 1.34, а). Здесь вторичная обмотка расположена на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения (кривая потока Ф₂ имеет упло­щенную форму). Остальные участки магнитопровода магнитно ненасыщены, а поэтому кривая потока имеет синусо­идальную форму (рис. 1.34, б). Уплощенная форма кривой обеспечивает получение пикообразной формы вторичной э. д. с. – штриховая кривая [(см. рис. (1.34, б)].

Рис. 1.34. Пик-трансформатор с активным шунтом

Магнитопроводы пик-трансформаторов изготавливают обычно из железоникелевого сплава (пермаллоя).