Transformadores de pico — princípio de operação, dispositivo, finalidade e aplicação

Existe um tipo especial de transformador elétrico chamado transformador de pico. Um transformador deste tipo converte a tensão senoidal aplicada ao seu enrolamento primário em pulsos de polaridade diferente e com a mesma frequência do primário. tensão senoidal… A onda senoidal é alimentada aqui ao enrolamento primário e os pulsos são removidos do enrolamento secundário do transformador de pico.

Os transformadores de pico são usados ​​em alguns casos para controlar dispositivos de descarga de gás, como thyratrons e retificadores de mercúrio, bem como para controlar tiristores de semicondutores e para alguns outros fins especiais.

O princípio de operação do transformador de pico

O funcionamento do transformador de pico é baseado no fenômeno de saturação magnética do material ferromagnético de seu núcleo. A conclusão é que o valor da indução magnética B no núcleo ferromagnético magnetizado do transformador depende não linearmente da força do campo magnetizante H do ferroímã dado.

Assim, em valores baixos do campo magnetizante H - a indução B no núcleo primeiro aumenta rápida e quase linearmente, mas quanto maior o campo magnetizante H, mais lentamente a indução B no núcleo continua a crescer.

E eventualmente, com um campo de magnetização suficientemente forte, a indução B praticamente para de aumentar, embora a intensidade H do campo de magnetização continue a aumentar. Essa dependência não linear de B em H é caracterizada pelo chamado circuito de histerese.

Sabe-se que o fluxo magnético F, cuja mudança causa a indução de EMF no enrolamento secundário do transformador, é igual ao produto da indução B no núcleo desse enrolamento pela área da seção transversal S do núcleo enrolado.

Portanto, de acordo com a lei de indução eletromagnética de Faraday, o EMF E2 no enrolamento secundário do transformador é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético F que penetra no enrolamento secundário e ao número de voltas w nele.

Considerando ambos os fatores acima, pode-se facilmente entender que com amplitude suficiente para saturar o ferroímã nos intervalos de tempo correspondentes aos picos da senóide da tensão aplicada ao enrolamento primário do transformador de pico, o fluxo magnético Φ nele o núcleo nesses momentos praticamente não mudará.

Mas apenas perto dos momentos de transição da senóide do campo magnetizante H até zero, o fluxo magnético F no núcleo mudará de forma bastante acentuada e rápida (veja a figura acima).E quanto mais estreito o loop de histerese do núcleo do transformador, maior sua permeabilidade magnética e quanto maior a frequência da tensão aplicada ao enrolamento primário do transformador, maior a taxa de variação do fluxo magnético nesses momentos.

Assim, perto dos momentos de transição do campo magnético do núcleo H por zero, dado que a velocidade dessas transições é alta, pulsos curtos em forma de sino de polaridade alternada se formarão no enrolamento secundário do transformador, uma vez que a direção de a mudança do fluxo magnético F iniciando esses pulsos também se alterna.

Dispositivo transformador de pico

Os transformadores de pico podem ser feitos com um shunt magnético ou com um resistor adicional no circuito de alimentação do enrolamento primário.

A solução com um resistor no circuito primário não é muito diferente de um transformador clássico... Somente aqui a corrente de pico no enrolamento primário (consumida nos intervalos quando o núcleo entra em saturação) é limitada por um resistor. Ao projetar esse transformador de pico, eles são guiados pelo requisito de fornecer saturação profunda do núcleo nos picos das meias-ondas da onda senoidal.

Para fazer isso, selecione os parâmetros apropriados da tensão de alimentação, o valor do resistor, a seção transversal do circuito magnético e o número de voltas no enrolamento primário do transformador. Para tornar os pulsos tão curtos quanto possível, um material magneticamente macio com alta permeabilidade magnética característica, por exemplo, permalóide, é usado para a produção do circuito magnético.

A amplitude dos pulsos recebidos dependerá diretamente do número de voltas no enrolamento secundário do transformador acabado. A presença de um resistor, é claro, causa perdas significativas de potência ativa em tal projeto, mas simplifica muito o projeto do núcleo.

Um transformador shunt magnético limitador de corrente de pico é feito em um circuito magnético de três estágios, onde a terceira haste é separada das duas primeiras hastes por um entreferro, e a primeira e a segunda hastes são fechadas entre si e carregam o primário e o enrolamentos secundários.

Quando o campo magnetizante H aumenta, o circuito magnético fechado primeiro satura porque sua resistência magnética é menor. Com um aumento adicional no campo de magnetização, o fluxo magnético F é fechado através da terceira haste - o shunt, enquanto reatividade o circuito aumenta ligeiramente, o que limita a corrente de pico.

Em comparação com um projeto envolvendo um resistor, as perdas ativas são menores aqui, embora a construção do núcleo seja um pouco mais complicada.

Aplicações com transformadores de pico

Como você já entendeu, os transformadores de pico são necessários para obter pulsos curtos de tensão alternada senoidal. Os pulsos obtidos por este método são caracterizados por um curto tempo de subida e descida, o que permite utilizá-los para alimentar eletrodos de controle, por exemplo, tiristores semicondutores, tiratrões de vácuo, etc.