Máy biến áp đỉnh - nguyên lý hoạt động, thiết bị, mục đích và ứng dụng

Có một loại máy biến áp điện đặc biệt được gọi là máy biến áp đỉnh. Máy biến áp loại này biến đổi điện áp hình sin đặt vào cuộn sơ cấp của nó thành các xung có cực tính khác và cùng tần số với cuộn sơ cấp. điện áp hình sin… Sóng hình sin được đưa vào cuộn dây sơ cấp ở đây và các xung được loại bỏ khỏi cuộn dây thứ cấp của máy biến áp đỉnh.

Máy biến áp đỉnh được sử dụng trong một số trường hợp để điều khiển các thiết bị xả khí như thyratron và bộ chỉnh lưu thủy ngân, cũng như để điều khiển thyristor bán dẫn và cho một số mục đích đặc biệt khác.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp đỉnh cao

Hoạt động của máy biến áp đỉnh dựa trên hiện tượng bão hòa từ của vật liệu sắt từ trong lõi của nó. Kết luận là giá trị của cảm ứng từ B trong lõi sắt từ bị từ hóa của máy biến áp phụ thuộc phi tuyến vào cường độ từ trường H của sắt từ đã cho.

Do đó, ở các giá trị thấp của trường từ hóa H — cảm ứng B trong lõi ban đầu tăng nhanh và gần như tuyến tính, nhưng trường từ hóa H càng lớn thì cảm ứng B trong lõi tiếp tục tăng chậm hơn.

Và cuối cùng, với trường từ hóa đủ mạnh, cảm ứng B thực tế ngừng tăng, mặc dù cường độ H của trường từ hóa tiếp tục tăng. Sự phụ thuộc phi tuyến này của B vào H được đặc trưng bởi cái gọi là trễ mạch.

Được biết, từ thông F, sự thay đổi của nó gây ra cảm ứng EMF trong cuộn dây thứ cấp của máy biến áp, bằng tích của cảm ứng B trong lõi của cuộn dây này với diện tích mặt cắt ngang S của lõi dây quấn.

Vì vậy, theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, EMF E2 trong cuộn thứ cấp của máy biến áp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ thông F xuyên qua cuộn thứ cấp và số vòng w trong đó.

Xét cả hai yếu tố trên, có thể dễ dàng hiểu rằng với biên độ đủ để sắt từ bão hòa trong những khoảng thời gian ứng với các cực đại hình sin của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp thì từ thông cực đại Φ trong nó sẽ cốt lõi trong những thời điểm này thực tế sẽ không thay đổi.

Nhưng chỉ gần những thời điểm chuyển tiếp hình sin của trường từ hóa H qua 0, từ thông F trong lõi sẽ thay đổi khá mạnh và nhanh (xem hình trên).Và vòng trễ của lõi máy biến áp càng hẹp thì độ thấm từ của nó càng lớn và tần số của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp càng cao thì tốc độ thay đổi của từ thông trong những thời điểm này càng lớn.

Theo đó, gần các thời điểm chuyển tiếp từ trường của lõi H qua 0, với điều kiện tốc độ của các chuyển đổi này cao, các xung hình chuông ngắn có cực tính xen kẽ sẽ hình thành trên cuộn thứ cấp của máy biến áp, do hướng của sự thay đổi của từ thông F khởi tạo các xung này cũng xen kẽ.

Thiết bị biến áp đỉnh

Máy biến áp đỉnh có thể được chế tạo với một shunt từ tính hoặc với một điện trở bổ sung trong mạch cung cấp của cuộn sơ cấp.

Giải pháp với một điện trở trong mạch sơ cấp không khác nhiều từ một máy biến áp cổ điển... Chỉ ở đây, dòng điện cực đại trong cuộn sơ cấp (được tiêu thụ trong các khoảng thời gian khi lõi đi vào trạng thái bão hòa) bị giới hạn bởi một điện trở. Khi thiết kế một máy biến áp cực đại như vậy, chúng được hướng dẫn bởi yêu cầu cung cấp độ bão hòa sâu của lõi ở các đỉnh của nửa sóng của sóng hình sin.

Để thực hiện việc này, hãy chọn các thông số thích hợp của điện áp nguồn, giá trị của điện trở, tiết diện của mạch từ và số vòng dây trong cuộn sơ cấp của máy biến áp. Để tạo ra các xung càng ngắn càng tốt, một vật liệu mềm từ tính có tính thấm từ cao đặc trưng, ​​chẳng hạn như permaloid, được sử dụng để sản xuất mạch từ.

Biên độ của các xung nhận được sẽ phụ thuộc trực tiếp vào số vòng dây trong cuộn thứ cấp của máy biến áp đã hoàn thành. Tất nhiên, sự hiện diện của một điện trở gây ra tổn thất đáng kể về công suất hoạt động trong thiết kế như vậy, nhưng nó đơn giản hóa rất nhiều thiết kế của lõi.

Máy biến áp song song từ tính giới hạn dòng điện cực đại được chế tạo trên mạch từ ba cấp, trong đó thanh thứ ba được ngăn cách với hai thanh đầu tiên bằng một khe hở không khí, và thanh thứ nhất và thanh thứ hai được đóng lại với nhau và mang điện áp sơ cấp và cuộn dây thứ cấp.

Khi từ trường H tăng lên, trước tiên mạch kín sẽ bão hòa vì điện trở từ của nó nhỏ hơn. Với sự gia tăng hơn nữa trong từ trường, từ thông F được đóng lại qua thanh thứ ba - shunt, trong khi phản ứng mạch tăng nhẹ, làm hạn chế dòng điện cực đại.

So với thiết kế liên quan đến điện trở, tổn thất hoạt động ở đây thấp hơn, mặc dù cấu trúc lõi hóa ra phức tạp hơn một chút.

Các ứng dụng với máy biến áp đỉnh

Như bạn đã hiểu, các máy biến áp cực đại là cần thiết để thu được các xung ngắn của điện áp xoay chiều hình sin. Các xung thu được bằng phương pháp này được đặc trưng bởi thời gian tăng và giảm ngắn, cho phép sử dụng chúng để cấp nguồn cho các điện cực điều khiển, ví dụ, thyristor bán dẫn, thyratron chân không, v.v.