Краткие теоретические сведения. Пик - трансформатором называют специальный трансформатор, преобразующий первичное напряжение синусоидальной формы во вторичное напряжение пикообразной

Пик - трансформатором называют специальный трансформатор, преобразующий первичное напряжение синусоидальной формы во вторичное напряжение пикообразной формы.

Пик - трансформаторы применяются в схемах автоматического регулирования фазы напряжения, подаваемого на сетку тиратрона, ртутного выпрямителя или для питания зажигателя игнитрона. Эти трансформаторы, также как и генераторы гармоник, используются в многоканальной телефонной связи.

Принцип получения пиковой формы кривой вторичного напряжения основывается на упрощении кривой изменения магнитного потока в сердечнике во времени. Сердечник испытуемого пик - трансформатора 1 (рисунок 3.1, а) выполнен броневым с магнитными шунтами. На первом стержне помещается первичная обмотка, которая питается от сети переменного тока синусоидальным напряжением:

(3.1)

Сечение первого стержня рассчитывается так, чтобы он был ненасыщен. Второй стержень, на котором устанавливается вторичная обмотка, выполняется с относительно малым сечением и большим насыщением. Параллельно второму стержню расположены магнитные шунты с боковыми немагнитными зазорами.

При слабых магнитных полях сопротивление второго стержня значительно меньше магнитного сопротивления шунтов. Таким образом, большая часть индукционных линий первого стержня замыкается через второй стержень. В насыщенном режиме магнитное сопротивление второго стержня возрастает, увеличение магнитного потока при возрастании тока практически прекращается, и изменение первичного потока происходит в основном за счет потока через магнитные шунты:

(3.2)

При синусоидальном изменении магнитною потока Ф_я = Ф₂ + Ф его составляющие Ф₁ и Ф будут несинусоидальными. Поток из-за сильного насыщения будет иметь уплощенную форму, а кривая вторичного напряжения, как производная этого потока по времени приобретает заостренную форму в виде пика (рисунок 3.1, б):

(3.3)

а) б)

Рисунок 3.1 Пик-трансформатор

а - конструкция, б – форма кривой вторичного напряжения

Максимум вторичного напряжения совпадает с моментом времени прохождения потока через нулевое значение.

Форма кривой вторичною напряжения (рисунок 3.1, б) характеризуется средней скоростью изменения этого напряжения. Средняя скорость (υ_х) изменения напряжения при холостом ходе определяется как отношение амплитуды (U_2max) тока кривой к половине ширины основания треугольника (Т), вписанного в пиковую кривую:

(3.4)

При холостом ходе высота тока кривой вторичного напряжения может быть в 1,2 … 1,4 раза больше его значения при нагрузке. Пик - трансформаторы обычно проектируют с амплитудой вторичного напряжения до 500 В.

Средняя скорость изменения вторичного напряжения при холостом ходе (υ_х) также больше, чем при нагрузке. Средняя скорость изменения напряжения для различных трансформаторов лежит в пределах 10 … 80 В/град. Расхождение в средних скоростях изменения вторичного напряжения при переходе от холостого хода к нагрузке объясняется реакцией тока нагрузки (правило Ленца). При нагрузке, вследствие большого индуктивного сопротивления обмоток, пик кривой вторичного напряжения становится ниже и шире, поэтому уменьшается скорость изменения напряжения.

При расчете пик-трансформатора при заданной амплитуде вторичного напряжения U₂ и средней скорости изменения этого напряжения υ_х необходимо также знать коэффициент формы кривой и коэффициент амплитуды.

Коэффициент для кривой пиковой формы определяется по следующим эмпирическим формулам:

(3.5)

Коэффициент β зависит от средней скорости изменения вторичного напряжения и сорта стали вторичною стержня. Для стержня из пермаллоя он равен:

(3.6)

Для регулирования выпрямленного тока тиратронов и ртутных выпрямителей с помощью имеющихся в них сеток необходимо изменить фазу кривой вторичного напряжения пик - трансформатора, подводимого к сетке, относительно выпрямленного напряжения.

Изменение фазы вторичного напряжения достигается регулировочной обмоткой, установленной на стержне 1 (рисунок 2.1) между магнитными шунтами. Эта обмотка включается через регулируемое активное сопротивление встречно первичной обмотке и питается от той же сети, что и последняя.

Фаза вторичного потока, а, следовательно, и фаза пиковой кривой вторичного напряжения регулируется изменением тока регулировочной обмотки путем изменения последовательно включенного активного сопротивления. Изменение фазы вторичного напряжения обычно лежит в пределах от 0° и до 90°, оно основано на смещении по фазе вторичного потока относительно первичного.

На первичный поток накладывается поток регулировочной обмотки, имеющей другую фазу и изменяемую амплитуду, вследствие чего вторичный поток представляет собой геометрическую сумму первичного потока регулировочной обмотки. С изменением фазы вторичного потока будет также изменяться и ее амплитуда.