Temenski transformatorji — princip delovanja, naprava, namen in uporaba

Obstaja posebna vrsta električnega transformatorja, imenovanega temenski transformator. Transformator te vrste pretvori sinusno napetost, ki se uporablja za primarno navitje, v impulze drugačne polarnosti in enake frekvence kot primarni sinusna napetost… Sinusni val se tukaj dovaja v primarno navitje, impulzi pa se odstranijo iz sekundarnega navitja temenskega transformatorja.

Temenski transformatorji se v nekaterih primerih uporabljajo za krmiljenje plinskorazelektritvenih naprav, kot so tiratroni in živosrebrni usmerniki, pa tudi za krmiljenje polprevodniških tiristorjev in za nekatere druge posebne namene.

Načelo delovanja vršnega transformatorja

Delovanje temenskega transformatorja temelji na pojavu magnetne nasičenosti feromagnetnega materiala njegovega jedra. Zaključek je, da je vrednost magnetne indukcije B v magnetiziranem feromagnetnem jedru transformatorja nelinearno odvisna od jakosti magnetizirajočega polja H danega feromagneta.

Tako pri nizkih vrednostih magnetizirajočega polja H - indukcija B v jedru najprej hitro in skoraj linearno narašča, vendar večje kot je magnetizirajoče polje H, počasneje indukcija B v jedru še naprej raste.

In sčasoma, z dovolj močnim magnetizirajočim poljem, indukcija B praktično preneha naraščati, čeprav intenzivnost H magnetizirajočega polja še naprej narašča. Za to nelinearno odvisnost B od H je značilna t.i histerezno vezje.

Znano je, da je magnetni pretok F, katerega sprememba povzroči indukcijo EMF v sekundarnem navitju transformatorja, enak zmnožku indukcije B v jedru tega navitja s površino prečnega prereza S navijalno jedro.

Torej se v skladu s Faradayevim zakonom elektromagnetne indukcije EMF E2 v sekundarnem navitju transformatorja izkaže za sorazmerno s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka F, ki prodira v sekundarno navitje, in številom ovojev w v njem.

Ob upoštevanju obeh zgornjih dejavnikov je zlahka razumljivo, da z zadostno amplitudo za nasičenje feromagneta v časovnih intervalih, ki ustrezajo vrhom sinusoide napetosti, ki se uporablja za primarno navitje temenskega transformatorja, magnetni pretok Φ v njem jedro v teh trenutkih se praktično ne bo spremenilo.

Toda le v bližini trenutkov prehodov sinusoide magnetizirajočega polja H skozi nič se bo magnetni tok F v jedru spremenil precej močno in hitro (glej zgornjo sliko).In ožja kot je histerezna zanka jedra transformatorja, večja je njegova magnetna prepustnost in večja kot je frekvenca napetosti, ki se uporablja za primarno navitje transformatorja, večja je hitrost spremembe magnetnega pretoka v teh trenutkih.

V skladu s tem se bodo v bližini trenutkov prehoda magnetnega polja jedra H skozi nič, glede na to, da je hitrost teh prehodov visoka, na sekundarnem navitju transformatorja oblikovali kratki zvonasti impulzi izmenične polarnosti, saj je smer sprememba magnetnega pretoka F, ki sproži te impulze, se prav tako izmenjuje.

Naprava za vršni transformator

Vrvični transformatorji so lahko izdelani z magnetnim šantom ali z dodatnim uporom v napajalnem krogu primarnega navitja.

Rešitev z uporom v primarnem krogu ni dosti drugačna iz klasičnega transformatorja... Samo tukaj je vršni tok v primarnem navitju (porabljen v intervalih, ko jedro vstopi v nasičenost) omejen z uporom. Pri načrtovanju takega vršnega transformatorja jih vodi zahteva po zagotavljanju globoke nasičenosti jedra na vrhovih polvalov sinusnega vala.

Če želite to narediti, izberite ustrezne parametre napajalne napetosti, vrednost upora, prečni prerez magnetnega vezja in število ovojev v primarnem navitju transformatorja. Da bi bili impulzi čim krajši, se za izdelavo magnetnega vezja uporablja magnetno mehak material z značilno visoko magnetno prepustnostjo, na primer permaloid.

Amplituda prejetih impulzov bo neposredno odvisna od števila ovojev v sekundarnem navitju končnega transformatorja. Prisotnost upora seveda povzroči znatne izgube aktivne moči v takšni zasnovi, vendar močno poenostavi zasnovo jedra.

Magnetni transformator za omejevanje temenskega toka je izdelan na tristopenjskem magnetnem vezju, kjer je tretja palica ločena od prvih dveh palic z zračno režo, prva in druga palica pa sta med seboj zaprti in nosita primarni in sekundarna navitja.

Ko se magnetno polje H poveča, se zaprti magnetni tokokrog najprej nasiči, ker je njegov magnetni upor manjši. Z nadaljnjim povečanjem magnetnega polja se magnetni tok F zapre skozi tretjo palico - šant, medtem ko reaktivnost vezje rahlo poveča, kar omejuje konični tok.

V primerjavi z zasnovo z uporom so tu aktivne izgube manjše, čeprav se izkaže, da je konstrukcija jedra nekoliko bolj zapletena.

Aplikacije s temenskimi transformatorji

Kot ste že razumeli, so vršni transformatorji potrebni za pridobitev kratkih impulzov sinusne izmenične napetosti. Za impulze, pridobljene s to metodo, je značilen kratek čas vzpona in padca, zaradi česar jih je mogoče uporabiti za napajanje krmilnih elektrod, na primer polprevodniških tiristorjev, vakuumskih tiratronov itd.