Spitzentransformatoren – Funktionsprinzip, Gerät, Zweck und Anwendung

Es gibt einen speziellen Typ eines elektrischen Transformators, der Spitzentransformator genannt wird. Ein solcher Transformator wandelt die an seiner Primärwicklung anliegende Sinusspannung in Impulse unterschiedlicher Polarität und gleicher Frequenz wie die Primärwicklung um Sinusförmige Spannung… Die Sinuswelle wird hier der Primärwicklung zugeführt und die Impulse werden von der Sekundärwicklung des Spitzentransformators abgeführt.

Spitzentransformatoren werden in einigen Fällen zur Steuerung von Gasentladungsgeräten wie Thyratrons und Quecksilbergleichrichtern sowie zur Steuerung von Halbleiterthyristoren und für einige andere Spezialzwecke verwendet.

Das Funktionsprinzip des Spitzentransformators

Die Funktionsweise des Spitzentransformators basiert auf dem Phänomen der magnetischen Sättigung des ferromagnetischen Materials seines Kerns. Die Schlussfolgerung ist, dass der Wert der magnetischen Induktion B im magnetisierten ferromagnetischen Kern des Transformators nichtlinear von der Stärke des Magnetisierungsfeldes H des gegebenen Ferromagneten abhängt.

Bei niedrigen Werten des Magnetisierungsfeldes H steigt die Induktion B im Kern zunächst schnell und nahezu linear an, aber je größer das Magnetisierungsfeld H, desto langsamer wächst die Induktion B im Kern weiter.

Und schließlich hört die Induktion B bei einem ausreichend starken Magnetisierungsfeld praktisch auf zuzunehmen, obwohl die Intensität H des Magnetisierungsfelds weiter zunimmt. Diese nichtlineare Abhängigkeit von B von H wird durch die sogenannte gekennzeichnet Hystereseschaltung.

Es ist bekannt, dass der magnetische Fluss F, dessen Änderung die Induktion von EMF in der Sekundärwicklung des Transformators verursacht, gleich dem Produkt der Induktion B im Kern dieser Wicklung mit der Querschnittsfläche S des ist Wickelkern.

Gemäß dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist die EMF E2 in der Sekundärwicklung des Transformators also proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses F, der die Sekundärwicklung durchdringt, und der Anzahl der Windungen w darin.

Wenn man die beiden oben genannten Faktoren berücksichtigt, kann man leicht verstehen, dass bei ausreichender Amplitude, um den Ferromagneten in den Zeitintervallen zu sättigen, die den Spitzen der Sinuskurve der an die Primärwicklung des Spitzentransformators angelegten Spannung entsprechen, der magnetische Fluss Φ darin zunimmt Der Kern wird sich in diesen Momenten praktisch nicht ändern.

Aber nur in der Nähe der Momente der Übergänge der Sinuskurve des Magnetisierungsfeldes H durch Null ändert sich der magnetische Fluss F im Kern, und zwar ziemlich scharf und schnell (siehe Abbildung oben).Und je schmaler die Hystereseschleife des Transformatorkerns ist, desto größer ist seine magnetische Permeabilität und je höher die Frequenz der an die Primärwicklung des Transformators angelegten Spannung ist, desto größer ist die Änderungsrate des Magnetflusses in diesen Momenten.

Dementsprechend bilden sich in der Nähe der Momente des Übergangs des Magnetfelds des Kerns H durch Null, da die Geschwindigkeit dieser Übergänge hoch ist, kurze glockenförmige Impulse wechselnder Polarität auf der Sekundärwicklung des Transformators, da die Richtung von Die Änderung des magnetischen Flusses F, der diese Impulse auslöst, wechselt ebenfalls ab.

Spitzentransformatorgerät

Spitzentransformatoren können mit einem magnetischen Shunt oder mit einem zusätzlichen Widerstand im Versorgungskreis der Primärwicklung hergestellt werden.

Die Lösung mit einem Widerstand im Primärkreis ist nicht viel anders von einem klassischen Transformator... Nur hier wird der Spitzenstrom in der Primärwicklung (der in den Intervallen verbraucht wird, in denen der Kern in die Sättigung eintritt) durch einen Widerstand begrenzt. Bei der Entwicklung eines solchen Peaking-Transformators orientieren sie sich an der Anforderung, eine tiefe Sättigung des Kerns an den Spitzen der Halbwellen der Sinuswelle zu gewährleisten.

Wählen Sie dazu die entsprechenden Parameter der Versorgungsspannung, den Wert des Widerstands, den Querschnitt des Magnetkreises und die Windungszahl in der Primärwicklung des Transformators. Um die Impulse möglichst kurz zu machen, wird zur Herstellung des Magnetkreises ein weichmagnetisches Material mit charakteristisch hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise Permaloid, verwendet.

Die Amplitude der empfangenen Impulse hängt direkt von der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung des fertigen Transformators ab. Das Vorhandensein eines Widerstands führt bei einem solchen Design natürlich zu erheblichen Wirkleistungsverlusten, vereinfacht aber das Design des Kerns erheblich.

Ein spitzenstrombegrenzender magnetischer Nebenschlusstransformator wird auf einem dreistufigen Magnetkreis hergestellt, bei dem der dritte Stab durch einen Luftspalt von den ersten beiden Stäben getrennt ist und der erste und der zweite Stab miteinander verbunden sind und die Primär- und Primärwicklung tragen Sekundärwicklungen.

Wenn das Magnetisierungsfeld H zunimmt, geht der geschlossene Magnetkreis zunächst in die Sättigung, da sein magnetischer Widerstand geringer ist. Bei einer weiteren Erhöhung des Magnetisierungsfeldes wird der magnetische Fluss F durch den dritten Stab – den Shunt – geschlossen Reaktivität Der Stromkreis erhöht sich leicht, was den Spitzenstrom begrenzt.

Im Vergleich zu einem Aufbau mit Widerstand sind die Wirkverluste hier geringer, allerdings fällt der Kernaufbau etwas komplizierter aus.

Anwendungen mit Spitzentransformatoren

Wie Sie bereits verstanden haben, sind Spitzentransformatoren erforderlich, um kurze sinusförmige Wechselspannungsimpulse zu erhalten. Die mit dieser Methode erhaltenen Impulse zeichnen sich durch eine kurze Anstiegs- und Abfallzeit aus, was ihre Verwendung zur Stromversorgung von Steuerelektroden, beispielsweise Halbleiterthyristoren, Vakuumthyratrons usw., ermöglicht.