Импульсный трансформатор. Ознакомление с работой импульсного трансформатора и его основными характеристиками

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

                               УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

       ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О.СУХОГО

                            КАФЕДРА “ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА”

                                         ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№6

                         На тему:" ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР".

                                                           ВЫПОЛНИЛИ: СТУДЕНТЫ гр.ПМ-21

                                                           ПРИНЯЛ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

Гомель 2007г.

ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР.

Цель работы: Ознакомление с работой импульсного трансформатора и его основными характеристиками. Освоить методику определения параметров импульсных трансформаторов.

3.1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Если подать на первичную обмотку трансформатора однополярный импульс U_вх, то согласно закону электромагнитной индукции в первичной обмотке W₁ наведется э.д.с., препятствующая действию входного импульса. Не учитывая активного сопротивления обмотки, а также пренебрегая влиянием паразитных емкостей и рассеянием магнитного потока, можно записать

где W₁ – число витков первичной обмотки, S – сечение сердечника, В – индукция магнитного потока Ф в середечнике (Ф = В∙S). Решая дифференциальное уравнение, полагая, что U_вх=U₁=const, найдем закон изменения индукции

где В₀ – начальное значение индукции.

Таким образом, индукция в сердечнике, до уровня насыщения, изменяется по линейному закону (рис. 1), причем, приращение индукции будет пропорционально площади импульса.

Рис1 Диаграммы отражающие процессы включения импульсного трансформатора

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора определяется индуктируемой э.д.с.

Выражая из (3.1) значение   получим:

Это выражение показывает, что в идеализированном трансформаторе выходное напряжение повторяет форму входного.

Из закона полного тока I_{1`</sub>w<sub>1</sub> = Hl<sub>ср</sub>+ I<sub>2`}w₂, следует, что I₁ = I_L+I₂^¢, где I_L – намагничивающий ток, I₂^¢ – приведенное в первичную обмотку значение тока нагрузки I₂. Для намагничивающего тока справедливы соотношения:

где   – действующая в импульсном режиме магнитная проницаемость, – магнитная постоянная (в системе СИ =4p*10^-7),  - индуктивность намагничивания сердечника (для идеализированного трансформатора равна индуктивности первичной обмотки).

Из формулы (3.6) видно, что, если бы  =const, то ток I_L нарастал бы со временем по линейному закону. Однако на самом деле закон изменения I_L нелинеен (рис. 3.1) и связан с законом изменения H(t) при линейном характере DВ(t), т. е. определяется в конечном счете петлей гистерезиса сердечника.

После воздействия серии однополярных импульсов перемагничивание сердечника будет происходить по частному циклу (рис. 3.2), причем в этом режиме импульсная магнитная проницаемость  = DВ/DН оказывается значительно меньше магнитной проницаемости на предельном цикле, измеренной при воздействии на трансформатор двухполярного напряжения симметричной формы. Поэтому для импульсных трансформаторов не рекомендуется использовать сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса.

рис. 3.2 Изменение индукции в импульсном трансформаторе.

При анализе переходных процессов в импульсном трансформаторе на практике используют упрощенную эквивалентную схему замещения (рис. 3,3), в которой приняты следующие обозначения:

а.

б.

в.

рис 3.3 Упрощенные эквивалентные схемы импульсных трансформаторов.

R_c – суммарное эквивалентное сопротивление источника сигнала и обмоток трансформатора; R_н^¢ – приведенное сопротивление нагрузки, L_s – индуктивность рассеяния, L – индуктивность намагничивания сердечника, С_п – эквивалентная паразитная емкость, учитывающая распределенную емкость цепей трансформатора. Для упрощения анализа формы выходного импульса трансформатора обычно рассматривают отдельно формирование фронта и вершины импульса [1,2]. При анализе фронта учитывают, что ток I_L в индуктивности намагничивания не успевает, за короткое время, нарасти до уровня насыщения и принимают L = ¥ (рис. 3.3б). В случае расчета искажения вершины импульса можно пренебречь влиянием L_s и С_п (рис. 3.3в), поскольку токи и напряжения при этом изменяются сравнительно медленно.

Импульсный трансформатор правильно воспроизводит входной импульс, если обеспечить примерно линейное изменение индукции во времени. Однако при больших значениях t_и сердечник может выйти в область насыщения (рис. 3.2), в которой малым приращением индукции соответствуют большие приращения напряженности магнитного поля. При этом резко увеличивается величина тока I_L, поскольку падает магнитная проницаемость сердечника и соответственно, значение L. Учитывая, что спад вершины трансформируемого импульса определяется величиной t = L/( R_н^¢÷êR_c)¢, можно видеть, что в случае выхода сердечника в область насыщения, выходной импульс будет резко искажаться.

Максимальную длительность передаваемого импульса можно определить, учитывая, что возможное изменение индукции ограничено величиной DВ_макс=В_s–B_r. Тогда, используя формулу (3.3), находим:

3.2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕДА.

Схема лабораторного стенда приведена на рис. 3.4. В схеме приняты следующие обозначения: TV – исследуемый трансформатор, VT – ключевой транзистор, C_d – дополнительная емкость, Г.И. – генератор импульсов, VD – диод обратного тока (предотвращает перенапряжения на транзисторе), R_ш – фунтовый резистор (для наблюдения формы тока в обмотке трансформатора), R_c – согласующий резистор, R_н - сопротивление нагрузки.

рис.3.4 Схема лабораторного стенда.