Trasformatori di picco: principio di funzionamento, dispositivo, scopo e applicazione

Esiste un tipo speciale di trasformatore elettrico chiamato trasformatore di picco. Un trasformatore di questo tipo converte la tensione sinusoidale applicata al suo primario in impulsi di polarità diversa e della stessa frequenza del primario tensione sinusoidale… L'onda sinusoidale viene alimentata qui all'avvolgimento primario e gli impulsi vengono rimossi dall'avvolgimento secondario del trasformatore di picco.

I trasformatori di picco sono utilizzati in alcuni casi per controllare dispositivi a scarica di gas come tiratroni e raddrizzatori al mercurio, nonché per controllare tiristori a semiconduttore e per altri scopi speciali.

Il principio di funzionamento del trasformatore di picco

Il funzionamento del trasformatore di picco si basa sul fenomeno della saturazione magnetica del materiale ferromagnetico del suo nucleo. La conclusione è che il valore dell'induzione magnetica B nel nucleo ferromagnetico magnetizzato del trasformatore dipende in modo non lineare dall'intensità del campo magnetizzante H del dato ferromagnete.

Pertanto, a bassi valori del campo magnetizzante H, l'induzione B nel nucleo aumenta rapidamente e quasi linearmente, ma maggiore è il campo magnetizzante H, più lentamente l'induzione B nel nucleo continua a crescere.

E alla fine, con un campo magnetizzante sufficientemente forte, l'induzione B praticamente smette di aumentare, sebbene l'intensità H del campo magnetizzante continui ad aumentare. Questa dipendenza non lineare di B da H è caratterizzata dal cosiddetto circuito di isteresi.

È noto che il flusso magnetico F, il cui cambiamento provoca l'induzione di EMF nell'avvolgimento secondario del trasformatore, è uguale al prodotto dell'induzione B nel nucleo di questo avvolgimento per l'area della sezione trasversale S del nucleo di avvolgimento.

Quindi, secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, l'EMF E2 nell'avvolgimento secondario del trasformatore risulta essere proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico F che penetra nell'avvolgimento secondario e al numero di spire w in esso.

Considerando entrambi i suddetti fattori, si può facilmente comprendere che con ampiezza sufficiente a saturare il ferromagnete negli intervalli di tempo corrispondenti ai picchi della sinusoide della tensione applicata al primario del trasformatore di picco, il flusso magnetico Φ in esso il nucleo in questi momenti praticamente non cambierà.

Ma solo in prossimità dei momenti di transizione della sinusoide del campo magnetizzante H attraverso lo zero, il flusso magnetico F nel nucleo cambierà e in modo abbastanza brusco e rapido (vedi la figura sopra).E più stretto è l'anello di isteresi del nucleo del trasformatore, maggiore è la sua permeabilità magnetica e maggiore è la frequenza della tensione applicata all'avvolgimento primario del trasformatore, maggiore è la velocità di variazione del flusso magnetico in questi momenti.

Di conseguenza, in prossimità dei momenti di transizione del campo magnetico del nucleo H attraverso lo zero, dato che la velocità di queste transizioni è elevata, sull'avvolgimento secondario del trasformatore si formeranno brevi impulsi a campana di polarità alternata, poiché la direzione di si alterna anche la variazione del flusso magnetico F che dà inizio a questi impulsi.

Dispositivo trasformatore di picco

I trasformatori di picco possono essere realizzati con uno shunt magnetico o con un resistore aggiuntivo nel circuito di alimentazione dell'avvolgimento primario.

La soluzione con una resistenza nel circuito primario non è molto diversa da un classico trasformatore... Solo qui la corrente di picco nell'avvolgimento primario (consumata negli intervalli in cui il nucleo entra in saturazione) è limitata da un resistore. Nella progettazione di un tale trasformatore di picco, sono guidati dall'esigenza di fornire una profonda saturazione del nucleo ai picchi delle semionde dell'onda sinusoidale.

Per fare ciò, selezionare i parametri appropriati della tensione di alimentazione, il valore del resistore, la sezione trasversale del circuito magnetico e il numero di spire nell'avvolgimento primario del trasformatore. Per rendere gli impulsi il più brevi possibile, per la produzione del circuito magnetico viene utilizzato un materiale magneticamente morbido con caratteristica elevata permeabilità magnetica, ad esempio permaloide.

L'ampiezza degli impulsi ricevuti dipenderà direttamente dal numero di giri nell'avvolgimento secondario del trasformatore finito. La presenza di un resistore, ovviamente, provoca perdite significative di potenza attiva in un tale progetto, ma semplifica notevolmente la progettazione del nucleo.

Un trasformatore shunt magnetico limitatore di corrente di picco è realizzato su un circuito magnetico a tre stadi, in cui la terza asta è separata dalle prime due aste da un traferro e la prima e la seconda asta sono chiuse l'una all'altra e portano il primario e avvolgimenti secondari.

Quando il campo magnetizzante H aumenta, il circuito magnetico chiuso prima si satura perché la sua resistenza magnetica è inferiore. Con un ulteriore aumento del campo magnetizzante, il flusso magnetico F viene chiuso attraverso la terza asta, lo shunt, mentre reattività il circuito aumenta leggermente, il che limita la corrente di picco.

Rispetto a un progetto che prevede un resistore, qui le perdite attive sono inferiori, anche se la costruzione del nucleo risulta essere un po' più complicata.

Applicazioni con trasformatori di picco

Come hai già capito, i trasformatori di picco sono necessari per ottenere brevi impulsi di tensione alternata sinusoidale. Gli impulsi ottenuti con questo metodo sono caratterizzati da un breve tempo di salita e discesa, che consente di utilizzarli per alimentare elettrodi di controllo, ad esempio tiristori a semiconduttore, tiratroni a vuoto, ecc.