Pulzní transformátor

Pulzní transformátor (IT) je transformátor určený k převodu proudu a napětí pulzních signálů s minimálním zkreslením původního tvaru pulzu na výstupu.

Popis

Pulsní transformátory určené k transformaci krátkých pulzů s minimálním zkreslením a pracující v přechodovém režimu se používají v různých pulzních zařízeních [1] [2] . Pulzní transformátory umožňují měnit úroveň a polaritu generovaného napěťového nebo proudového impulsu, sladit odpor generátoru impulsů s odporem zátěže, oddělovat potenciály zdroje a přijímače impulsů, přijímat impulsy z jednoho generátoru na několika samostatných zátěžích a vytvořit zpětnou vazbu v obvodech obvodu pulzního zařízení. Pulzní transformátor lze také použít například jako převodní prvekdiferenciační transformátor .

Generování výkonných pulsů moderních parametrů není možné bez použití vysokonapěťových pulsních transformátorů. Výsledný tvar výstupních impulsů je do značné míry dán vlastnostmi IT, zejména při velkém transformačním poměru. Použití výstupních step-up IT umožňuje drasticky snížit rozměry, hmotnost a náklady na generující zařízení [3] , i když negativně ovlivňuje tvar kvazi pravoúhlých pulsů, prodlužuje relativní trvání fronty, cutoff, a horní nerovnosti. V tomto ohledu se hodnota transformačního poměru moderního výstupního IT s dobou trvání impulsu jednotek a desítek mikrosekund zvyšuje na 10 - 20 i více.

Nejrozšířenější IT, transformující pulsy, téměř pravoúhlého tvaru, které mají strmé čelo a konstantní pulzní špičkové napětí, nezbytné pro provoz široké třídy zátěží. Obdélníkový puls musí být transformován s nízkým zkreslením, doba trvání čela pulsu musí být výrazně kratší než doba trvání pulsu a přechodné procesy během transformace přední a horní části pulsu jsou uvažovány samostatně. Ekvivalentní obvody IT při samostatném uvažování přechodových jevů jsou zjednodušené a umožňují stanovit vztah mezi parametry ekvivalentních obvodů a konstrukčními parametry IT a najít mezi nimi takové vztahy, které splňují požadavky na dobu náběhu a úkos vrcholu pulzu [4].

Ekvivalentní obvody

Transformace čela pulsu s nízkým zkreslením je dosaženo při nízkých hodnotách svodové indukčnosti a distribuované kapacity transformátoru, které klesají s poklesem počtu závitů vinutí a průřezu IT magnetického obvodu. Současně, aby bylo možné transformovat špičku pulzu s malým poklesem, je třeba usilovat o zvýšení magnetizační indukčnosti transformátoru, která se zvyšuje s rostoucím počtem závitů a průřezem magnetického obvodu.

Splnění několika požadavků současně při výpočtu IT bude vyžadovat nalezení kompromisního řešení. Měl by být přijat v závislosti na významu daného požadavku.

Výpočty IT se provádějí na základě přibližného ekvivalentního obvodu se soustředěnými parametry. Indukční efekt a ztráty ve vodičích vinutí lze zohlednit pomocí známého ekvivalentního obvodu ve tvaru T.

Možnosti schématu:

${\displaystyle L_{\mu ))$ - magnetizační indukčnost transformátoru zohledňující akumulaci energie v hlavním toku vzájemné indukce magnetického obvodu při přivedení napětí na primární vinutí. S tokem v jádru je spojen magnetizační proud protékající primárním vinutím;

$L_{{s1}},L_{{s2}}$ - svodová indukčnost vinutí, s přihlédnutím k akumulaci energie v svodových tocích spojených s tokem zatěžovacího proudu vinutím;

$R_{{1}},R_{{2}}$ - aktivní odpor vodičů vinutí, s přihlédnutím ke ztrátám, když jimi protéká zátěžový proud;

$R_{{B}}$ - ekvivalentní odpor, zohledňující energetické ztráty v magnetickém obvodu pro hysterezi a vířivé proudy .

Spolu s ukládáním energie v magnetických polích, stejně jako se ztrátami ve vodičích vinutí v IT, je nutné počítat s ukládáním energie v elektrických polích mezi vinutím a magnetickým obvodem a mezi vrstvami vinutí. vinutí. Tato energie je způsobena zavedením tří kapacit, které tvoří strukturu ve tvaru písmene U: - kapacita primárního vinutí, - kapacita sekundárního vinutí, - kapacita mezi vinutími. $C_{1}$ $C_{2}$ $C_{{1,2}}$

Výsledný ekvivalentní obvod IT je popsán rovnicí vyššího řádu, což ztěžuje obecnou analýzu:

Bez zavedení znatelné chyby však můžete obvod zjednodušit, pokud budete mít na paměti následující:

1. Magnetizační proud tvoří obvykle malou část zatěžovacího proudu, a proto lze jeho vliv na svodový tok zanedbat. To vám umožní přejít z obvodu indukčních větví ve tvaru T k obvodu ve tvaru L.

2. Protože elektrická energie je úměrná druhé mocnině napětí, je její hlavní část uložena ve vinutí vyššího napětí. Proto je obvod kapacitních prvků ve tvaru U nahrazen jednou ekvivalentní kapacitou zapojenou paralelně k vinutí vyššího napětí.

3. Počet závitů IT vinutí je malý, a proto lze odpor vinutí zanedbat při výpočtu nejdůležitějších elektrických charakteristik, za předpokladu . Při určování ztrát se bere v úvahu odpor vinutí. $R_{{1}}=R_{{2}}=0$

V důsledku těchto zjednodušení je přední část analyzována na základě ekvivalentního obvodu 2. řádu se soustředěnou indukčností a kapacitou určenou z energetických úvah:

Ačkoli je to vhodné pro matematický popis, neodráží plně procesy, ke kterým dochází při přenosu impulsu, protože se předpokládá, že většina elektrické energie parazitní kapacity je uložena ve vinutí vyššího napětí.

Mezitím je použití takového schématu nepřijatelné, pokud jsou snížené kapacity vinutí úměrné, včetně parazitních kapacit zátěže a generátoru, protože žádná z kapacit nemůže být preferována. Kromě toho, s prudkým rozdílem ve snížených kapacitách, kdy by se zdálo, že se lze omezit na jednu z nich, je možné vytvořit frontu s parazitními oscilacemi superponovanými na přední straně samotné, a ne nahoře. Takové oscilace je třeba vyloučit například v případě pulzní modulace vysokovýkonných magnetronových generátorů. Ale schéma druhého řádu nejenže neumožňuje určit podmínky jejich vzhledu, ale dokonce vylučuje jejich samotnou existenci. V pracích výše uvedených autorů tento typ zkreslení čela obdélníkového pulzu chybí. Proto je nutné alespoň počítat s oddělením kapacit vinutí svodovou indukčností. Proto je vhodnější zvážit ekvivalentní obvod 3. řádu, jak je uvedeno v [5] :

$L$ — svodová indukčnost;

$R$ - odpor vinutí, včetně sníženého odporu sekundárního vinutí;

$R_{i}$ - odpor pulsního generátoru;

$C_{1}$ - ekvivalentní kapacita primárního vinutí včetně výstupní kapacity generátoru;

$C_{2}$ je ekvivalentní snížená kapacita sekundárního vinutí včetně parazitní zatěžovací kapacity.

Typy pulzních transformátorů

Všechna konstruktivní schémata lze zredukovat na čtyři hlavní [2] :

Tyč
Obrněný
Pancéřová tyč
toroidní

Zdroje

↑ Matkhanov P. N., Gogolitsyn L. Z. Výpočet pulzních transformátorů. - Energie, 1980.
↑ 1 2 Vdovin S. S. Návrh pulzních transformátorů 2. vyd. revidováno a doplňkové - Energoatomizdat. Leningrad. oddělení, 1991. - 208 s. S. — ISBN 5-283-04484-X .
↑ Kashtanov V.V., Saprygin A.V. Možnosti snížení hmotnosti a rozměrů vysoce výkonných mikromilisekundových pulzních modulátorů // Problémy aplikované fyziky. - 1997. - T. 3 . - S. 75 - 78 .
↑ Yitzchoki Ya. S. Pulzní zařízení. - Sov.Radio, 1959. - 729 s.
↑ Kashtanov V.V. Analýza přední části výstupních impulsů transformátoru. - Radiotechnika, 1995. - T. 12. - S. 38 - 40.