Transformadors de pic: principi de funcionament, dispositiu, finalitat i aplicació

Hi ha un tipus especial de transformador elèctric anomenat transformador de pic. Un transformador d'aquest tipus converteix la tensió sinusoïdal aplicada al seu bobinat primari en polsos de diferent polaritat i la mateixa freqüència que el primari. tensió sinusoïdal… L'ona sinusoïdal s'alimenta aquí al bobinat primari i els polsos s'eliminen del bobinatge secundari del transformador de pic.

Els transformadors de pic s'utilitzen en alguns casos per controlar dispositius de descàrrega de gas com ara tiratrons i rectificadors de mercuri, així com per controlar tiristors semiconductors i per a alguns altres propòsits especials.

El principi de funcionament del transformador de pic

El funcionament del transformador de pic es basa en el fenomen de saturació magnètica del material ferromagnètic del seu nucli. La conclusió és que el valor de la inducció magnètica B al nucli ferromagnètic magnetitzat del transformador depèn no linealment de la força del camp magnetitzant H del ferroimant donat.

Així, a valors baixos del camp magnetitzant H, la inducció B al nucli augmenta ràpidament i gairebé linealment, però com més gran és el camp magnetitzant H, més lentament la inducció B al nucli continua creixent.

I finalment, amb un camp magnetitzant prou fort, la inducció B pràcticament deixa d'augmentar, tot i que la intensitat H del camp magnetitzant continua augmentant. Aquesta dependència no lineal de B sobre H es caracteritza per l'anomenada circuit d'histèresi.

Se sap que el flux magnètic F, el canvi del qual provoca la inducció de CEM al bobinatge secundari del transformador, és igual al producte de la inducció B al nucli d'aquest bobinatge per l'àrea de la secció transversal S del nucli de bobina.

Així, d'acord amb la llei d'inducció electromagnètica de Faraday, l'EMF E2 al bobinatge secundari del transformador resulta ser proporcional a la velocitat de canvi del flux magnètic F que penetra al bobinatge secundari i al nombre de voltes w en ell.

Tenint en compte els dos factors anteriors, es pot entendre fàcilment que amb una amplitud suficient per saturar el ferroimant en els intervals de temps corresponents als pics de la sinusoide de la tensió aplicada al bobinat primari del transformador de pic, el flux magnètic Φ en ell el el nucli en aquests moments pràcticament no canviarà.

Però només prop dels moments de transició de la sinusoide del camp magnetitzant H a través de zero, el flux magnètic F al nucli canviarà i força bruscament i ràpidament (vegeu la figura anterior).I com més estret sigui el bucle d'histèresi del nucli del transformador, més gran serà la seva permeabilitat magnètica i com més gran sigui la freqüència de la tensió aplicada al bobinatge primari del transformador, major serà la velocitat de canvi del flux magnètic en aquests moments.

En conseqüència, prop dels moments de transició del camp magnètic del nucli H a zero, atès que la velocitat d'aquestes transicions és alta, es formaran polsos curts en forma de campana de polaritat alterna al bobinatge secundari del transformador, ja que la direcció de també s'alterna el canvi del flux magnètic F iniciant aquests polsos.

Dispositiu de transformador de pic

Els transformadors de pic es poden fer amb una derivació magnètica o amb una resistència addicional al circuit d'alimentació del bobinatge primari.

La solució amb una resistència al circuit primari no és gaire diferent d'un transformador clàssic... Només aquí el pic de corrent al bobinatge primari (consumit en els intervals quan el nucli entra en saturació) està limitat per una resistència. En el disseny d'aquest transformador de pic, es guien pel requisit de proporcionar una saturació profunda del nucli als pics de les mitges ones de l'ona sinusoïdal.

Per fer-ho, seleccioneu els paràmetres adequats de la tensió d'alimentació, el valor de la resistència, la secció transversal del circuit magnètic i el nombre de voltes al bobinatge primari del transformador. Per tal de fer els polsos el més curts possible, per a la producció del circuit magnètic s'utilitza un material magnèticament tou amb característica alta permeabilitat magnètica, per exemple permaloide.

L'amplitud dels polsos rebuts dependrà directament del nombre de voltes del bobinatge secundari del transformador acabat. La presència d'una resistència, per descomptat, provoca pèrdues importants de potència activa en aquest disseny, però simplifica molt el disseny del nucli.

Un transformador de derivació magnètic que limita el corrent màxim es fa en un circuit magnètic de tres etapes, on la tercera vareta està separada de les dues primeres varetes per un espai d'aire, i la primera i la segona vareta estan tancades entre si i porten el principal i el bobinatges secundaris.

Quan el camp magnetitzant H augmenta, el circuit magnètic tancat es satura primer perquè la seva resistència magnètica és menor. Amb un augment addicional del camp de magnetització, el flux magnètic F es tanca a través de la tercera vareta: la derivació, mentre que reactivitat el circuit augmenta lleugerament, cosa que limita el corrent màxim.

En comparació amb un disseny que implica una resistència, les pèrdues actives són més baixes aquí, tot i que la construcció del nucli resulta una mica més complicada.

Aplicacions amb transformadors de pic

Com ja heu entès, els transformadors de pic són necessaris per obtenir polsos curts de tensió alterna sinusoïdal. Els polsos obtinguts per aquest mètode es caracteritzen per un temps de pujada i baixada curt, que permet utilitzar-los per alimentar elèctrodes de control, per exemple, tiristors semiconductors, tiratrons de buit, etc.