Вопрос 35. Пик-трансформаторы. Назначение, принцип действия, устройство.
Пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий переменное напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты.
Главным образом используют как генератор импульсов в исследовательских установках высокого напряжения, а также в устройствах автоматики.
Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др. Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.
В схеме а трансформатор работает в режиме сильного магнитного насыщения, что достигается уменьшением числа витков первичной обмотки. Дополнительное сопротивление в первичной обмотке нужно, чтобы ток был синусоидальным.
В схеме б стержень первичной обмотки работает в ненасыщенном режиме, а стержень со вторичной обмоткой – в насыщенном. Достигается это с помощью магнитного шунта, а так же меньшим сечением стержня со вторичной обмоткой.
Вопрос 36. Получение вращающегося магнитного поля 3-х фазной и 2-х фазной системах токов. Условия получения кругового вращающегося магнитного поля. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля.
Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.
Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:
1. Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 90, для трехфазной – на 120).
2. Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.
Пульсирующее магнитное поле – разновидность переменного магнитного поля, у которого вектор магнитной индукции изменяется по уровню, но не изменяется по направлению.
При несоблюдении хотя бы одного из условий создания кругового магнитного поля возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся поле, у которого максимальное значение результирующей магнитодвижущей силы и индукции для различных моментов времени не остается постоянным, как при круговом поле. В таком поле пространственный вектор МДС описывает эллипс.
Вопрос 37. Устройство статора бесколлекторной машины переменного тока. Обмотки машин переменного тока. Способы выполнения обмоток. Классификация и выбор обмоток.
Статор бесколлекторной машины переменного тока состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Сердечник статора имеет шихтованную конструкцию, т. е. представляет собой пакет пластин, полученных методом штамповки из листовой электротехнической стали. Пластины предварительно покрывают с двух сторон тонкой изоляционной пленкой, например слоем лака. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются проводники обмотки статора. Обмотка статора выполняется из медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения.
Обмотку ротора выполняют либо короткозамкнутой, либо по тем же принципам, что и статора.
Классификация обмоток (рисунок):
Пик-трансформатор
пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий переменное напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты. Используют как генератор импульсов главным образом в установках высокого напряжения. * * * ПИК… … Энциклопедический словарь
пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности. Пик трансформатор простейшей конструкции имеет магнитопровод переменного сечения. Первичная обмотка располагается на участке … Энциклопедия техники
Пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты. Назначение Пик трансформаторы применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы… … Википедия
ПИК-ТРАНСФОРМАТОР — электрический трансформатор, преобразующий переменное напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты. Используют как генератор импульсов главным образом в установках высокого напряжения … Большой Энциклопедический словарь
пик-трансформатор — сущ., кол во синонимов: 1 • трансформатор (7) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
пик-трансформатор — пик трансформатор, пик трансформатора … Орфографический словарь-справочник
пик-трансформатор — пик трансформа/тор, пик трансформа/тора … Слитно. Раздельно. Через дефис.
ПИК-ТРАНСФОРМАТОР — трансформатор, преобразующий перем. электрич. напряжение синусоид. формы в напряжение перем. полярности той же частоты, но с резко выраж. пикообразной формой. П. т. используют как генераторы импульсов гл. обр. в исследоват. установках высокого… … Большой энциклопедический политехнический словарь
пик-трансформатор — пик трансформ атор, а … Русский орфографический словарь
пик-трансформатор — пик/ трансформ/атор/ … Морфемно-орфографический словарь
Пик-трансформаторы — принцип действия, устройство, назначение и применение
Существует особая разновидность электрического трансформатора, называемая пик-трансформатором. Трансформатор данного типа преобразует синусоидальное напряжение, подаваемое на его первичную обмотку, — в импульсы разной полярности и той же частоты, что первичное синусоидальное напряжение. Синусоида подается здесь на первичную обмотку, а импульсы снимаются со вторичной обмотки пик-трансформатора.
К использованию пик-трансформаторов прибегают в некоторых случаях для управления газоразрядными приборами, такими как тиратроны и ртутные выпрямители, а также для управления полупроводниковыми тиристорами, и в некоторых других специальных целях.
Принцип действия пик-трансформатора
В основе работы пик-трансформатора лежит явление магнитного насыщения ферромагнитного материала его сердечника. Суть в том, что величина магнитной индукции B в намагничиваемом ферромагнитном сердечнике трансформатора нелинейно зависит от напряженности намагничивающего данный ферромагнетик поля Н.
Так, при малых значениях намагничивающего поля H — индукция B в сердечнике сначала быстро и почти линейно нарастает, но чем большим становится намагничивающее поле H — тем медленнее продолжает нарастать индукция B в сердечнике.
И в конце концов, при достаточно сильном намагничивающем поле, индукция B практически перестает увеличиваться даже несмотря на то, что продолжает увеличиваться напряженность H намагничивающего поля. Данная нелинейная зависимость B от H характеризуется так называемой петлей гистерезиса.
Известно, что магнитный поток Ф, изменение которого и вызывает наведение ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, равен произведению индукции B в сердечнике данной обмотки на площадь S поперечного сечения сердечника обмотки.
Итак, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС E2 во вторичной обмотке трансформатора оказывается пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего вторичную обмотку и количеству витков w в ней.
Учитывая оба вышеупомянутых фактора можно легко понять, что имея достаточную амплитуду чтобы насытить ферромагнетик в промежутки времени, приходящиеся на верхушки синусоиды напряжения подаваемого на первичную обмотку пик-трансформатора, магнитный поток Ф в его сердечнике в данные моменты практически уже не будет изменяться.
Но лишь вблизи моментов переходов синусоиды намагничивающего поля H через ноль, магнитный поток Ф в сердечнике будет изменяться, причем достаточно резко и быстро (см. рисунок выше). И чем уже петля гистерезиса сердечника трансформатора, чем больше его магнитная проницаемость, и чем выше окажется частота напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, — тем значительнее будет и скорость изменения магнитного потока в эти моменты.
Соответственно, вблизи моментов перехода намагничивающего сердечник поля H через ноль, учитывая что скорость этих переходов высока, на вторичной обмотке трансформатора будут формироваться короткие колоколообразные импульсы чередующейся полярности, поскольку направление изменения инициирующего данные импульсы магнитного потока Ф также чередуется.
Устройство пик-трансформатора
Пик-трансформаторы могут быть выполнены с магнитным шунтом либо с дополнительным резистором в цепи питания первичной обмотки. 
Решение с резистором в первичной цепи мало чем отличается от классического трансформатора. Только здесь пиковый ток в первичной обмотке (потребляемый в промежутки времени когда сердечник входит в насыщение) ограничивается резистором. Конструируя такой пик-трансформатор, руководствуются требованием обеспечить глубокое насыщение сердечника на вершинах полуволн синусоиды.
Для этого подбирают подходящие параметры напряжения питания, номинал резистора, сечение магнитопровода и количество витков в первичной обмотке трансформатора. Чтобы импульсы получились как можно короче, для изготовления магнитопровода применяют магнитомягкий материал с характерно высокой магнитной проницаемостью, например пермаллой.
Амплитуда получаемых импульсов будет напрямую зависеть от количества витков во вторичной обмотке готового трансформатора. Наличие резистора, конечно, обуславливает в такой конструкции значительные активные потери мощности, зато сильно упрощает конструкцию сердечника.
Пик-трансформатор с токоограничительным магнитным шунтом изготавливается на трехстержневом магнитопроводе, где третий стержень отделен от первых двух стержней воздушным зазором, а первый и второй стержни замкнуты друг с другом, и несут на себе первичную и вторичную обмотки.
Когда намагничивающее поле H нарастает, замкнутый магнитопровод насыщается первым, ведь его магнитное сопротивление меньше. При дальнейшем нарастании намагничивающего поля, магнитный поток Ф замыкается через третий стержень — шунт, при этом реактивное сопротивление цепи чуть-чуть возрастает, что и ограничивает пиковый ток.
По сравнению с конструкцией включающей резистор, здесь активные потери ниже, хотя конструкция сердечника и оказывается несколько сложнее.
Применение пик-трансформаторов
Как вы уже поняли, пик-трансформаторы нужны для получения коротких импульсов из синусоидального переменного напряжения. Получаемые данным способом импульсы отличаются короткими фронтами и спадами, что позволяет использовать их для питания управляющих электродов например полупроводниковых тиристоров, вакуумных тиратронов и т. д.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Пик-трансформатор
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.
Принцип работы трансформатора
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.
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.
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:
- В первую очередь проводят расчёты, при помощи которых определяют необходимое сечение сердечника, магнитного шунта из условий получения требуемых показателей магнитного потока.
- Величина амплитуды пика напряжения на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации устройства. А этот показатель определяется отношеним количества витков на первичной и вторичной обмотках.
- По полученным данным подбирают сердечник с соответствующим сечением. Он может иметь броневую цельную конструкцию или наборную из отдельных пластин.
- Обмотки укладывают на основание катушки. Требуемое количество витков наматывают вплотную, при необходимости выполняя несколько 2-3 и более рядов.
- Для предотвращения межвиткового короткого замыкания каждый ряд отделяют изолирующей бумагой или лакируют.
- 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.