Pulstransformator

Pulstransformator (IT) är en transformator designad för att omvandla ström och spänning för pulsade signaler med minimal förvrängning av den ursprungliga pulsformen vid utgången.

Beskrivning

Pulstransformatorer utformade för att transformera korta pulser med minimal distorsion och som arbetar i transientläge används i olika pulsenheter [1] [2] . Pulstransformatorer låter dig ändra nivån och polariteten för den genererade spänningen eller strömpulsen, matcha pulsgeneratorns resistans med belastningsresistansen, separera potentialerna för källan och mottagaren av pulser, ta emot pulser från en generator på flera separata belastningar och skapa återkoppling i kretsarna i pulsanordningskretsen. Pulstransformatorn kan även användas som ett omvandlingselement , till exempel en differentierande transformator .

Generering av kraftfulla pulser av moderna parametrar är omöjligt utan användning av högspänningspulstransformatorer. Den resulterande formen på utgångspulserna bestäms till stor del av IT-egenskaperna, speciellt med ett stort transformationsförhållande. Användningen av output step-up IT gör det möjligt att drastiskt minska dimensionerna, vikten och kostnaden för genererande enheter [3] , även om det negativt påverkar formen av kvasirektangulära pulser, vilket ökar den relativa varaktigheten av fronten, cutoff, och topp ojämnheter. I detta avseende ökar värdet på transformationsförhållandet för modern utgång IT med en pulslängd på enheter och tiotals mikrosekunder till 10 - 20 eller mer.

Den mest använda IT, transformerande pulser, nära rektangulär form, som har en brant front och en konstant pulstoppspänning, nödvändiga för driften av en bred klass av laster. En rektangulär puls måste transformeras med låg distorsion, pulsfrontens varaktighet måste vara betydligt mindre än pulslängden, och transienta processer under transformationen av fronten och toppen av pulsen betraktas separat. Ekvivalenta IT-kretsar förenklas när man betraktar transienter separat och gör det möjligt att upprätta ett samband mellan parametrarna för ekvivalenta kretsar och designparametrar för IT och hitta sådana samband mellan dem som uppfyller kraven för stigtiden och fasningen av pulstoppen [4]

Motsvarande kretsar

Transformation av pulsfronten med låg distorsion uppnås vid låga värden på läckinduktansen och distribuerad kapacitans hos transformatorn, som minskar med en minskning av antalet varv av lindningarna och tvärsnittet av den magnetiska IT-kretsen. Samtidigt, för att transformera pulstoppen med ett litet sönderfall, bör man sträva efter att öka transformatorns magnetiseringsinduktans, som ökar med en ökning av antalet varv och tvärsnittet av den magnetiska kretsen.

Att uppfylla flera krav samtidigt när man beräknar IT kräver att man hittar en kompromisslösning. Det bör antas beroende på betydelsen av ett givet krav.

IT-beräkningar görs på basis av en ungefärlig ekvivalent krets med klumpade parametrar. Den induktiva effekten och förlusterna i lindningstrådarna kan tas med i beräkningen med den välkända T-formade ekvivalentkretsen.

Schematiska alternativ:

${\displaystyle L_{\mu ))$ - transformatorns magnetiseringsinduktans , med hänsyn till lagringen av energi i huvudflödet av ömsesidig induktion av magnetkretsen när spänning appliceras på primärlindningen. Förknippad med flödet i kärnan är magnetiseringsströmmen som flyter genom primärlindningen;

$L_{{s1}},L_{{s2}}$ - läckageinduktans hos lindningarna, med hänsyn tagen till lagringen av energi i läckflödena associerade med flödet av lastström genom lindningarna;

$R_{{1}},R_{{2}}$ - aktivt motstånd hos lindningstrådarna, med hänsyn till förluster när belastningsströmmen flyter genom dem;

$R_{{B}}$ - ekvivalent motstånd, med hänsyn tagen till energiförluster i magnetkretsen för hysteres och virvelströmmar .

Tillsammans med lagring av energi i magnetiska fält, såväl som förluster i lindningarnas ledningar i IT, är det nödvändigt att ta hänsyn till lagringen av energi i elektriska fält mellan lindningen och den magnetiska kretsen och mellan lagren i lindningar. Denna energi redovisas genom att introducera tre kapacitanser som bildar en U-formad struktur: - kapacitansen för primärlindningen, - kapacitansen för sekundärlindningen, - kapacitansen mellan lindningarna. $C_{1}$ $C_{2}$ $C_{{1,2}}$

Den resulterande IT-ekvivalenta kretsen beskrivs av en ekvation av hög ordning, vilket gör det svårt att analysera i allmänna termer:

Men utan att införa ett märkbart fel kan du förenkla kretsen om du tänker på följande:

1. Magnetiseringsströmmen är vanligtvis en liten del av belastningsströmmen och därför kan dess inverkan på läckflödet försummas. Detta gör att du kan gå från en T-formad krets av induktiva grenar till en L-formad krets.

2. Eftersom elektrisk energi är proportionell mot kvadraten på spänningen, lagras dess huvuddel i den högre spänningslindningen. Därför ersätts den U-formade kretsen av kapacitiva element av en ekvivalent kapacitans kopplad parallellt med den högre spänningslindningen.

3. Antalet varv av IT-lindningarna är litet och därför kan lindningsmotståndet försummas vid beräkning av de viktigaste elektriska egenskaperna, förutsatt att . Lindningsmotstånd beaktas vid fastställande av förluster. $R_{{1}}=R_{{2}}=0$

Som ett resultat av dessa förenklingar analyseras fronten på basis av en 2:a ordningens ekvivalent krets med klumpig induktans och kapacitans bestämd utifrån energiöverväganden:

Även om det är bekvämt för en matematisk beskrivning, återspeglar det inte helt de processer som sker under överföringen av en impuls, eftersom det antas att det mesta av den elektriska energin i den parasitära kapacitansen lagras i den högre spänningslindningen.

Samtidigt är användningen av ett sådant schema oacceptabelt om lindningarnas reducerade kapacitanser är proportionerliga, inklusive de parasitära kapacitanserna för lasten och generatorn, eftersom ingen av kapacitanserna kan föredras. Dessutom, med en skarp skillnad i de reducerade kapacitanserna, när man, det verkar, kan begränsa sig till en av dem, är det möjligt att bilda en front med parasitiska svängningar överlagrade på själva fronten, och inte på toppen. Sådana svängningar måste uteslutas, till exempel vid pulsmodulering av magnetrongeneratorer med hög effekt. Men schemat för den andra ordningen tillåter inte bara en att bestämma villkoren för deras utseende, utan utesluter till och med deras existens. I de ovan nämnda författarnas verk saknas denna typ av förvrängning av framsidan av en rektangulär puls. Därför är det nödvändigt att åtminstone ta hänsyn till separationen av lindningarnas kapacitanser genom läckinduktansen. Därför är det att föredra att överväga en 3:e ordningens ekvivalent krets, som gjort i [5] :

$L$ — läckageinduktans;

$R$ - lindningsmotstånd, inklusive sekundärlindningens reducerade motstånd;

$R_{i}$ - resistans hos pulsgeneratorn;

$C_{1}$ - ekvivalent kapacitans för primärlindningen, inklusive generatorns utgångskapacitans;

$C_{2}$ är den ekvivalenta reducerade kapacitansen för sekundärlindningen, inklusive den parasitiska belastningskapacitansen.

Typer av pulstransformatorer

Alla konstruktiva scheman kan reduceras till fyra huvudsakliga [2] :

stång
Armerad
Pansarstång
toroidal

Källor

↑ Matkhanov P. N., Gogolitsyn L. Z. Beräkning av pulstransformatorer. - Energi, 1980.
↑ 1 2 Vdovin S. S. Design av pulstransformatorer 2nd ed. revideras och ytterligare - Energoatomizdat. Leningrad. Institutionen, 1991. - 208 sid. Med. — ISBN 5-283-04484-X .
↑ Kashtanov V.V., Saprygin A.V. Möjligheter att reducera massan och dimensionerna hos högeffekts mikro-millisekunder pulsmodulatorer // Problems of Applied Physics. - 1997. - T. 3 . - S. 75 - 78 .
↑ Yitzchoki Ya. S. Pulsanordningar. - Sov.Radio, 1959. - 729 sid.
↑ Kashtanov V.V. Analys av framsidan av transformatorns utgångspulser. - Radioteknik, 1995. - T. 12. - S. 38 - 40.