Transformator de impulsuri

Transformatorul de impulsuri (IT) este un transformator conceput pentru a converti curentul și tensiunea semnalelor pulsate cu o distorsiune minimă a formei inițiale a impulsului la ieșire.

Descriere

Transformatoarele de impulsuri concepute pentru a transforma impulsuri scurte cu distorsiuni minime și care funcționează în modul tranzitoriu sunt utilizate în diferite dispozitive cu impulsuri [1] [2] . Transformatoarele de impulsuri vă permit să schimbați nivelul și polaritatea impulsului de tensiune sau curent generat, potriviți rezistența generatorului de impulsuri cu rezistența de sarcină, separați potențialele sursei și receptorului de impulsuri, primiți impulsuri de la un generator pe mai multe sarcini separate. , și creați feedback în circuitele circuitului dispozitivului cu impulsuri. Transformatorul de impulsuri poate fi folosit și ca element de conversie , cum ar fi un transformator de diferențiere .

Generarea de impulsuri puternice ale parametrilor moderni este imposibilă fără utilizarea transformatoarelor de impulsuri de înaltă tensiune. Forma rezultată a impulsurilor de ieșire este în mare măsură determinată de proprietățile IT, în special cu un raport de transformare mare. Utilizarea IT-urilor de creștere a ieșirii face posibilă reducerea drastică a dimensiunilor, greutății și costului dispozitivelor de generare [3] , deși afectează negativ forma impulsurilor cvasi-dreptunghiulare, crescând duratele relative ale frontului, tăierii, și denivelări de vârf. În acest sens, valoarea raportului de transformare al ieșirii moderne IT cu o durată a impulsului de unități și zeci de microsecunde crește la 10 - 20 sau mai mult.

Cel mai utilizat IT, impulsuri transformatoare, de formă apropiată dreptunghiulară, care au un front abrupt și o tensiune de vârf constantă a impulsului, necesare pentru funcționarea unei clase largi de sarcini. Un impuls dreptunghiular trebuie transformat cu o distorsiune redusă, durata frontului pulsului trebuie să fie semnificativ mai mică decât durata pulsului, iar procesele tranzitorii în timpul transformării frontului și a superiului pulsului sunt luate în considerare separat. Circuitele echivalente ale IT, atunci când se iau în considerare tranzitorii separat, sunt simplificate și permit stabilirea unei relații între parametrii circuitelor echivalente și parametrii de proiectare ai IT și găsirea unor astfel de relații între ele care să satisfacă cerințele pentru timpul de creștere și teșirea vârfului impulsului [4]

Circuite echivalente

Transformarea frontului de impuls cu distorsiune scăzută se realizează la valori scăzute ale inductanței de scurgere și ale capacității distribuite a transformatorului, care scad odată cu scăderea numărului de spire ale înfășurărilor și a secțiunii transversale a circuitului magnetic IT. În același timp, pentru a transforma vârful pulsului cu o mică dezintegrare, ar trebui să ne străduim să creștem inductanța de magnetizare a transformatorului, care crește odată cu creșterea numărului de spire și a secțiunii transversale a circuitului magnetic.

Satisfacerea mai multor cerințe în același timp la calcularea IT va necesita găsirea unei soluții de compromis. Ar trebui adoptat în funcție de semnificația unei anumite cerințe.

Calculele IT se fac pe baza unui circuit echivalent aproximativ cu parametrii concentrați. Efectul inductiv și pierderile în firele de înfășurare pot fi luate în considerare folosind binecunoscutul circuit echivalent în formă de T.

Opțiuni schematice:

$L_{\mu )$ - inductanța de magnetizare a transformatorului, ținând cont de stocarea energiei în fluxul principal de inducție reciprocă a circuitului magnetic atunci când se aplică tensiune în înfășurarea primară. Asociat cu fluxul din miez este curentul de magnetizare care curge prin înfășurarea primară;

$L_{{s1}}, L_{{s2}}$ - inductanța de scurgere a înfășurărilor, ținând cont de stocarea energiei în fluxurile de scurgere asociate cu fluxul de curent de sarcină prin înfășurări;

$R_{{1}},R_{{2}}$ - rezistenta activa a firelor de infasurare, tinand cont de pierderile la trecerea curentului de sarcina prin acestea;

$R_{{B}}$ - rezistență echivalentă, ținând cont de pierderile de energie din circuitul magnetic pentru histerezis și curenți turbionari .

Odată cu stocarea energiei în câmpuri magnetice, precum și cu pierderile în firele înfășurărilor din IT, este necesar să se țină seama de stocarea energiei în câmpuri electrice între înfășurare și circuitul magnetic și între straturile din înfăşurări. Această energie este explicată prin introducerea a trei capacități care formează o structură în formă de U: - capacitatea înfășurării primare, - capacitatea înfășurării secundare, - capacitatea dintre înfășurări. $C_{1}$ $C_{2}$ $C_{{1,2}}$

Circuitul echivalent IT rezultat este descris de o ecuație de ordin înalt, ceea ce face dificilă analiza în termeni generali:

Cu toate acestea, fără a introduce o eroare vizibilă, puteți simplifica circuitul dacă aveți în vedere următoarele:

1. Curentul de magnetizare este de obicei o mică parte a curentului de sarcină și, prin urmare, influența sa asupra fluxului de scurgere poate fi neglijată. Acest lucru vă permite să treceți de la un circuit în formă de T de ramuri inductive la un circuit în formă de L.

2. Deoarece energia electrică este proporțională cu pătratul tensiunii, partea sa principală este stocată în înfășurarea de tensiune mai mare. Prin urmare, circuitul în formă de U al elementelor capacitive este înlocuit cu o capacitate echivalentă conectată în paralel la înfășurarea de tensiune mai mare.

3. Numărul de spire ale înfășurărilor IT este mic și, prin urmare, rezistența înfășurării poate fi neglijată la calcularea celor mai importante caracteristici electrice, presupunând . Rezistența înfășurării este luată în considerare la determinarea pierderilor. $R_{{1}}=R_{{2}}=0$

Ca urmare a acestor simplificări, frontul este analizat pe baza unui circuit echivalent de ordinul 2 cu inductanță și capacitate concentrată determinate din considerente energetice:

Deși este convenabil pentru o descriere matematică, nu reflectă pe deplin procesele care au loc în timpul transmiterii unui impuls, deoarece se presupune că cea mai mare parte a energiei electrice a capacității parazitare este stocată în înfășurarea de tensiune mai mare.

Între timp, utilizarea unei astfel de scheme este inacceptabilă dacă capacitățile reduse ale înfășurărilor sunt proporționale, inclusiv capacitățile parazite ale sarcinii și ale generatorului, deoarece niciuna dintre capacități nu poate fi preferată. În plus, cu o diferență accentuată a capacităților reduse, când, s-ar părea, se poate limita la una dintre ele, este posibil să se formeze un front cu oscilații parazite suprapuse pe frontul însuși, și nu în vârf. Astfel de oscilații trebuie excluse, de exemplu, în cazul modulării impulsurilor generatoarelor de magnetron de mare putere. Dar schema de ordinul doi nu numai că nu permite să se determine condițiile pentru apariția lor, ci chiar exclude însăși existența lor. În lucrările autorilor menționați mai sus, acest tip de distorsiune a frontului unui puls dreptunghiular este absent. Prin urmare, este necesar cel puțin să se țină cont de separarea capacităților înfășurărilor prin inductanța de scurgere. Prin urmare, este de preferat să se ia în considerare un circuit echivalent de ordinul 3, așa cum se face în [5] :

$L$ — inductanța de scurgere;

$R$ - rezistenta infasurarii, inclusiv rezistenta redusa a infasurarii secundare;

$R_{i}$ - rezistenta generatorului de impulsuri;

$C_{1}$ - capacitatea echivalentă a înfășurării primare, inclusiv capacitatea de ieșire a generatorului;

$C_{2}$ este capacitatea redusă echivalentă a înfășurării secundare, inclusiv capacitatea de sarcină parazită.

Tipuri de transformatoare de impulsuri

Toate schemele constructive pot fi reduse la patru principale [2] :

tijă
Blindat
Tijă blindată
toroidal

Surse

↑ Matkhanov P. N., Gogolitsyn L. Z. Calcul transformatoarelor de impulsuri. - Energie, 1980.
↑ 1 2 Vdovin S. S. Proiectarea transformatoarelor de impulsuri ed. a II-a. revizuit si suplimentare - Energoatomizdat. Leningrad. Catedra, 1991. - 208 p. Cu. — ISBN 5-283-04484-X .
↑ Kashtanov V.V., Saprygin A.V. Posibilități de reducere a masei și dimensiunilor modulatorilor de impulsuri de micro-milisecunde de mare putere // Probleme de fizică aplicată. - 1997. - T. 3 . - S. 75 - 78 .
↑ Yitzchoki Ya. S. Pulse devices. - Sov.Radio, 1959. - 729 p.
↑ Kashtanov V.V. Analiza frontului impulsurilor de ieșire ale transformatorului. - Inginerie radio, 1995. - T. 12. - S. 38 - 40.