Пиковые трансформаторы. Принцип работы.
Под пиковым трансформатором понимается специальный тип трансформатора, который служит для преобразования первичного напряжения синусоидальной формы во вторичное напряжение с крутым фронтом волны в виде пика. Эти трансформаторы получили практическое применение в установках с тиратронами и ртутными выпрямителями, снабженными регулирующими сетками, и являются в них одним из необходимых элементов. В основном применяются для формирования сигналов управления с крутыми фронтом и спадом сигнала, как генераторы импульсов в исследовательских установках высокого напряжения. Они также встречаются в индикаторных схемах некоторых радиоустройств для преобразования синусоидальных колебаний в импульсные.
Принцип получения пиковой формы кривой напряжения в трансформаторе основывается на уплощении кривой потока в его сердечнике во времени. Известно, что при последовательном соединении первичной обмотки трансформатора с индуктивностью неизменной величины и при синусоидальном общем напряжении кривая потока во времени в сердечнике трансформатора уплощается, а кривые первичного и вторичного напряжений, как производные от потока по времени, заостряются. Этот принцип лежит в основе пиковых трансформаторов.
На рисунке 2 представлены кривые намагничивания отдельных элементов трансформатора: сердечника f1(i1), индуктивной катушки f2(i1) и суммарная кривая f3(i1) и зависимости потокосцеплений во времени. Кривая потокосцеплений сердечника трансформатора уплощается во времени, а кривая вторичного напряжения, как производная от этого потока во времени, заостряется. Чем больше величина постоянной индуктивности в первичной цепи трансформатора, тем более уплощается кривая потока во времени в сердечнике и заостряется кривая Э.Д.С. Этот принцип, как указывалось, и лежит в основе работы пиковых трансформаторов. Данные трансформаторы обычно выполняются однофазными.
По конструкции сердечника однофазные пиковые трансформаторы могут быть следующих типов:
1) трансформаторы стержневого типа
а) с последовательным включением индуктивной катушки в первичную обмотку трансформатора без стального сердечника;
б) с магнитными шунтами.
2) трансформаторы броневого типа с магнитным шунтами.
(кривые потоков и вторичной Э.Д.С. во времени пикового трансформатора)
При быстром изменении вторичного потока от положительного значения к отрицательному, или наоборот, во вторичной обмотке индуцируется Э.Д.С. пиковой формы во времени. Ее максимум совпадает с моментом прохождения вторичного потока через нулевое значение.
Один из примеров реализации пикового трансформатора приведен на рисунке ниже:
Вторичную обмотку наматывают на стержень 2, имеющий весьма малое сечение, который быстро насыщается. Первичную обмотку наматывают на имеющий большое сечение стержень 1, который через воздушный зазор шунтируется стержнем 3, имеющим также большое сечение. Стержни 1 и 3 не насыщаются.
Пока стержень 2, на который намотана вторичная обмотка, не насытился, поток стержня 1 в основном замыкается по стержню 2, так как этот путь имеет меньшее магнитное сопротивление. После насыщения стержня 2 при дальнейшем увеличении потока стержня 1 он проходит только через воздушный зазор по ненасыщенному стержню 3.
Пик-трансформаторы широко применяются при регулировании, при выпрямлении и инвертировании переменного тока и в многоканальной телефонной связи.