ピークトランス — 動作原理、デバイス、目的、用途

ピークトランスと呼ばれる特殊なタイプの変圧器があります。このタイプの変圧器は、一次巻線に印加された正弦波電圧を、極性が異なり、一次巻線と同じ周波数のパルスに変換します。 正弦波電圧… 正弦波はここで一次巻線に供給され、パルスはピークトランスの二次巻線から除去されます。

ピーク変圧器は、サイラトロンや水銀整流器などのガス放電装置の制御、半導体サイリスタの制御、およびその他の特殊な目的に使用される場合があります。

ピークトランスの動作原理

ピークトランスの動作は、コアの強磁性体の磁気飽和現象に基づいています。結論は、変圧器の磁化された強磁性コア内の磁気誘導 B の値は、特定の強磁性体の磁界 H の強さに非線形に依存するということです。

したがって、磁界 H が低い値では、コア内の誘導 B は最初は急速かつほぼ直線的に増加しますが、磁界 H が大きくなるほど、コア内の誘導 B はよりゆっくりと増加し続けます。

そして最終的には、磁界が十分に強いと、磁界の強さ H は増加し続けますが、誘導 B は実質的に増加を停止します。 H に対する B のこの非線形依存性は、いわゆる ヒステリシス回路.

磁束 F は、その変化により変圧器の 2 次巻線に EMF の誘導が生じ、この巻線のコアにおける誘導 B と磁束の断面積 S の積に等しいことが知られています。巻き芯。

したがって、ファラデーの電磁誘導の法則に従って、変圧器の二次巻線の起電力 E2 は、二次巻線を貫通する磁束 F の変化率とその巻数 w に比例することがわかります。

上記の両方の要因を考慮すると、ピークトランスの一次巻線に印加される電圧の正弦波のピークに対応する時間間隔で強磁性体を飽和させるのに十分な振幅があれば、その中の磁束Φはこの瞬間の核心は実質的に変わりません。

ただし、磁界 H の正弦波がゼロからゼロに移行する瞬間の近くでのみ、コア内の磁束 F が非常に鋭く急速に変化します (上の図を参照)。また、変圧器コアのヒステリシス ループが狭くなるほど、その透磁率は大きくなり、変圧器の一次巻線に印加される電圧の周波数が高くなるほど、これらの瞬間における磁束の変化率は大きくなります。

したがって、コア H の磁場がゼロを経て遷移する瞬間の近くで、これらの遷移の速度が速いとすると、交番極性の短いベル型パルスが変圧器の二次巻線に形成されます。これらのパルスを開始する磁束 F の変化も交互に起こります。

ピークトランス装置

ピークトランスは、磁気シャントを使用するか、一次巻線の電源回路に追加の抵抗を使用して作成できます。

一次回路に抵抗を使用した解決策と大きな違いはありません 古典的なトランスから... ここでのみ、一次巻線のピーク電流 (コアが飽和に達する間に消費される) が抵抗によって制限されます。このようなピーキングトランスの設計では、正弦波の半波のピークでコアを深く飽和させるという要件に基づいて設計されます。

これを行うには、電源電圧、抵抗器の値、磁気回路の断面積、変圧器の一次巻線の巻数などの適切なパラメータを選択します。パルスをできるだけ短くするために、磁気回路の製造には、高い透磁率を特徴とする軟磁性材料、たとえばパーマロイドが使用されます。

受信パルスの振幅は、完成した変圧器の二次巻線の巻数に直接依存します。もちろん、抵抗器の存在により、このような設計では有効電力の大幅な損失が発生しますが、コアの設計は大幅に簡素化されます。

ピーク電流を制限する磁気分路変圧器は 3 段の磁気回路で作られており、3 番目のロッドはエアギャップによって最初の 2 つのロッドから分離されており、1 番目と 2 番目のロッドは互いに閉じており、一次側と二番目のロッドを伝送します。二次巻線。

磁化界 H が増加すると、磁気抵抗が小さくなるため、閉磁気回路は最初に飽和します。磁界がさらに増加すると、磁束 F は 3 番目のロッド (シャント) を通って閉じられます。 反応性 回路がわずかに増加し、ピーク電流が制限されます。

抵抗器を含む設計と比較すると、コアの構造が少し複雑になるものの、アクティブ損失は低くなります。

ピークトランスを使用したアプリケーション

すでに理解したように、正弦波交流電圧の短いパルスを得るにはピークトランスが必要です。この方法で得られるパルスは立ち上がり時間と立ち下がり時間が短いという特徴があるため、半導体サイリスタや真空サイラトロンなどの制御電極に電力を供給するために使用できます。