Пик-трансформатор: виды, принцип работы и где применяется

Пик-трансформатор — устройство, которое, как и другие трансформаторы, предназначено для преобразования электрической энергии в требуемый формат, получая стандартный синусоидальный сигнал на первичную обмотку, на вторичной выдаёт пикообразные импульсы с необходимой амплитудой. Но при этом изменение полярности происходит скачком, а не плавно, как в случае с синусоидой.

Конструкция

Пик-трансформатор с ограничивающим сопротивлением имеет следующую конструкцию:

• Первичная обмотка выполнена на сердечнике, имеющим большее сечение, а магнитопровод вторичной обмотки имеет меньшие размеры.
• Сопротивление включают последовательно в первичную цепь.
• Амплитуду и продолжительность импульсов регулируют за счёт изменения количества витков вторичной обмотки, а также подбором материала сердечника. Если требуется сократить длительность пика, применяют сердечник из материалов, отличающихся высокой магнитной проницаемостью. Их называют магнитомягкими, в качестве примера можно привести пермаллой.

По сути, это стандартный трансформатор с правильно подобранным сердечником и дополнительным резистором в цепи.

Конструкция устройства с магнитным шунтом отличается:

• Обе обмотки расположены на одинаковых по сечению стержнях.
• В зазор между ними встроен магнитный шунт из материалов с высокой проницаемостью.
• В зависимости от конструкции шунтирующее устройство может быть подвижным и неподвижным. Первый вариант предпочтителен, так как обеспечивает регулирование параметров пиков выходного напряжения, не меняя число витков в обмотке.

Для предотвращения непосредственного контакта между обмотками такого трансформатора и магнитного шунта, между этими частями устройства предусмотрен воздушный зазор.

Принцип работы

В основу функционирования пик-трансформаторов положен эффект насыщения сердечника, сделанного из ферромагнитного материала. Индукционные параметры, определяющие величину ЭДС на вторичной обмотке, напрямую зависят от магнитного потока. Причём эта зависимость нелинейная. Быстрое нарастание индукции происходит в тот момент, когда синусоида, характеризующая намагничивающее поле, проходит через нулевое значение. А при пике этого показателя величина индукции остаётся практически неизменной.

Также читайте:  Особенности и почему происходит замена совтоловых трансформаторов

В результате получают следующую картину. При минимальном показателе магнитного поля, в момент, когда оно меняет свою полярность, происходит практически моментально увеличение ЭДС, благодаря чему и появляется пиковое напряжение на вторичной обмотке. Во все остальные моменты этот показатель близок к нулевому значению.

Виды

На практике получили применение два основных типа пиковых трансформаторов:

• Устройства с добавочным сопротивлением, включённым последовательно первичной обмотке. За счёт этого обеспечивается ограничение величины тока до того момента, пока сердечник трансформатора придёт в состояние насыщения. Благодаря этому получают магнитный поток, синусоида которого имеет более плоскую форму. Основную часть цикла его значение неизменно, за счёт этого обеспечивается практически нулевое напряжение на вторичной обмотке. Смена полярности поля происходит в очень быстро, благодаря чему и получают пик выходного напряжения. Минус такого типа пик-трансформатора заключается в значительном расходе электроэнергии, которая тратится на нагрев ограничительного резистора.
• Этот недостаток ликвидирован в трансформаторах с магнитным шунтом, который устанавливается между первичной и вторичной обмотками параллельно им. Магнитный поток, создаваемый за счёт прохождения электрического тока по первичной обмотке, имеет форму обычной синусоиды. При этом он замыкается непосредственно на магнитный шунт, в результате чего происходит быстрое насыщение сердечника второй катушки трансформатора. В ходе этого процесса кривая общего магнитного потока принимает более плотную форму, что и позволяет получить пиковые показатели возникающего вторичного напряжения.

Первый вид пиковых трансформаторов получил большее распространение из-за простоты конструкции. Но в случаях, когда ставятся жёсткие требования по расходу электроэнергии, используют устройства с дополнительным магнитным шунтом, как более экономичные.

Где используется трансформатор

Наибольшее применение пиковые трансформаторы получили в автоматизации технологических процессов. Незаменимы там, где для запуска исполнительного устройства требуется единичный импульс с установленной амплитудой напряжения. В качестве такого примера можно привести управляющие электронные схемы, собранные на тиристорах.

Также читайте:  КТПН — комплектная трансформаторная подстанция наружная

Кроме того, пик-трансформатор применяется и как рабочий узел импульсных генераторов, исследовательских электроустановок, работающих с высоким вторичным напряжением. Устройства этого класса нашли применение и в промышленном оборудовании. В металлообработке широко используются электроимпульсные станки, обеспечивающие высокое качество обработки поверхностей. Такое оборудование незаменимо при изготовлении деталей сложной формы, например, лопаток турбин, которые сделаны из жаропрочных сортов стали.

Как сделать своими руками

Технология самостоятельного изготовления пик-трансформаторов не отличается от схемы сборки обычных преобразующих напряжение устройств трансформаторного типа. Можно чётко выделить следующие этапы процесса:

1. В первую очередь проводят расчёты, при помощи которых определяют необходимое сечение сердечника, магнитного шунта из условий получения требуемых показателей магнитного потока.
2. Величина амплитуды пика напряжения на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации устройства. А этот показатель определяется отношеним количества витков на первичной и вторичной обмотках.
3. По полученным данным подбирают сердечник с соответствующим сечением. Он может иметь броневую цельную конструкцию или наборную из отдельных пластин.
4. Обмотки укладывают на основание катушки. Требуемое количество витков наматывают вплотную, при необходимости выполняя несколько 2-3 и более рядов.
5. Для предотвращения межвиткового короткого замыкания каждый ряд отделяют изолирующей бумагой или лакируют.
6. Сопротивление, включаемое в первичную цепь, подбирают по мощности в зависимости от параметров тока, который должен проходить по обмотке для достижения насыщения сердечника.

Обращаем внимание — правильное самостоятельное изготовление пик-трансформаторов требует точных расчётов и соблюдения технологии сборки. Если опыта в выполнении подобных работ нет, то стоит отдавать предпочтение фабричным устройствам. Тем более что сейчас можно приобрести трансформаторы с необходимыми характеристиками.