Huippumuuntajat — toimintaperiaate, laite, tarkoitus ja sovellus

On olemassa erityinen sähkömuuntaja, jota kutsutaan huippumuuntajaksi. Tämän tyyppinen muuntaja muuntaa ensiökäämiinsä syötetyn sinimuotoisen jännitteen pulsseiksi, joilla on eri polariteetti ja sama taajuus kuin ensiökäämi sinimuotoinen jännite… Siniaalto syötetään tähän ensiökäämiin ja pulssit poistetaan huippumuuntajan toisiokäämistä.

Huippumuuntajia käytetään joissain tapauksissa ohjaamaan kaasupurkauslaitteita, kuten tyratroneja ja elohopeatasasuuntaajia, sekä ohjaamaan puolijohdetyristoreita ja joihinkin muihin erikoistarkoituksiin.

Huippumuuntajan toimintaperiaate

Huippumuuntajan toiminta perustuu sen ytimen ferromagneettisen materiaalin magneettisen kyllästymisen ilmiöön. Johtopäätös on, että magneettisen induktion B arvo muuntajan magnetoidussa ferromagneettisessa ytimessä riippuu epälineaarisesti tietyn ferromagneetin magnetointikentän H voimakkuudesta.

Näin ollen pienillä magnetointikentän H arvoilla ytimessä oleva induktio B kasvaa ensin nopeasti ja lähes lineaarisesti, mutta mitä suurempi magnetointikenttä H, sitä hitaammin induktio B ytimessä jatkaa kasvuaan.

Ja lopulta, riittävän voimakkaalla magnetointikentällä, induktio B käytännössä lakkaa kasvamasta, vaikka magnetointikentän intensiteetti H jatkaa kasvuaan. Tälle B:n epälineaariselle riippuvuudelle H:sta on tunnusomaista ns hystereesipiiri.

Tiedetään, että magneettivuo F, jonka muutos aiheuttaa EMF:n induktion muuntajan toisiokäämissä, on yhtä suuri kuin tämän käämin ytimessä olevan induktion B tulo käämin poikkipinta-alalla S. käämittävä ydin.

Joten Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaisesti muuntajan toisiokäämin EMF E2 on verrannollinen toisiokäämiin tunkeutuvan magneettivuon F muutosnopeuteen ja siinä olevien kierrosten lukumäärään w.

Kun otetaan huomioon molemmat yllä olevat tekijät, voidaan helposti ymmärtää, että riittävällä amplitudilla ferromagneetin kyllästämiseksi aikaväleillä, jotka vastaavat huippumuuntajan ensiökäämiin syötetyn jännitteen siniaallon huippuja, siinä oleva magneettivuo Φ ydin näinä hetkinä ei käytännössä muutu.

Mutta vain lähellä magnetointikentän H siniaallon siirtymähetkeä nollasta, magneettivuo F ytimessä muuttuu ja melko jyrkästi ja nopeasti (katso yllä oleva kuva).Ja mitä kapeampi on muuntajan sydämen hystereesisilmukka, sitä suurempi on sen magneettinen läpäisevyys ja mitä suurempi on muuntajan ensiökäämiin kohdistetun jännitteen taajuus, sitä suurempi on magneettivuon muutosnopeus näissä hetkissä.

Vastaavasti lähellä sydämen H magneettikentän siirtymähetkeä nollasta, koska näiden siirtymien nopeus on suuri, muuntajan toisiokäämiin muodostuu lyhyitä kellon muotoisia pulsseja, joiden napaisuus on vaihteleva, koska myös nämä pulssit käynnistävän magneettivuon F muutos vuorottelee.

Huippumuuntajalaite

Huippumuuntajat voidaan tehdä magneettishuntilla tai lisävastuksella ensiökäämin syöttöpiirissä.

Ratkaisu, jossa on vastus ensiöpiirissä, ei ole paljon erilainen klassisesta muuntajasta... Vain tässä ensiökäämin huippuvirtaa (joka kuluu aikavälein, kun sydän tulee kyllästymään) rajoittaa vastus. Suunniteltaessa tällaista huippumuuntajaa niitä ohjaa vaatimus tarjota ytimen syvä kyllästys siniaallon puoliaaltojen huipuissa.

Tätä varten valitse sopivat syöttöjännitteen parametrit, vastuksen arvo, magneettipiirin poikkileikkaus ja muuntajan ensiökäämin kierrosten lukumäärä. Jotta pulssit olisivat mahdollisimman lyhyitä, magneettipiirin valmistukseen käytetään magneettisesti pehmeää materiaalia, jolla on tyypillinen korkea magneettinen permeabiliteetti, esimerkiksi permaloidi.

Vastaanotettujen pulssien amplitudi riippuu suoraan valmiin muuntajan toisiokäämin kierrosten lukumäärästä. Vastuksen läsnäolo aiheuttaa luonnollisesti merkittäviä aktiivisen tehon menetyksiä tällaisessa suunnittelussa, mutta se yksinkertaistaa huomattavasti ytimen suunnittelua.

Huippuvirtaa rajoittava magneettinen shunttimuuntaja valmistetaan kolmivaiheiseen magneettipiiriin, jossa kolmas sauva on erotettu kahdesta ensimmäisestä sauvasta ilmaraolla ja ensimmäinen ja toinen sauva ovat suljettuja toisiinsa ja kantavat ensiö- ja toisiokäämit.

Kun magnetointikenttä H kasvaa, suljettu magneettipiiri ensin kyllästyy, koska sen magneettivastus on pienempi. Kun magnetointikenttä kasvaa edelleen, magneettivuo F sulkeutuu kolmannen sauvan - shuntin kautta, kun taas reaktiivisuus piiri kasvaa hieman, mikä rajoittaa huippuvirtaa.

Verrattuna vastusta käsittävään suunnitteluun, aktiiviset häviöt ovat tässä pienemmät, vaikka ydinrakenne osoittautuukin hieman monimutkaisemmaksi.

Sovellukset huippumuuntajilla

Kuten jo ymmärsit, huippumuuntajat ovat välttämättömiä sinimuotoisen vaihtojännitteen lyhyiden pulssien saamiseksi. Tällä menetelmällä saaduille pulsseille on ominaista lyhyt nousu- ja laskuaika, mikä mahdollistaa niiden käytön ohjauselektrodeihin, esimerkiksi puolijohdetyristoreihin, tyhjiötyratroneihin jne.