Transformateurs de pointe — principe de fonctionnement, dispositif, but et application

Il existe un type spécial de transformateur électrique appelé transformateur de crête. Un transformateur de ce type convertit la tension sinusoïdale appliquée à son enroulement primaire en impulsions de polarité différente et de même fréquence que le primaire tension sinusoïdale… L'onde sinusoïdale est transmise ici à l'enroulement primaire et les impulsions sont supprimées de l'enroulement secondaire du transformateur de crête.

Les transformateurs de crête sont utilisés dans certains cas pour contrôler les dispositifs à décharge de gaz tels que les thyratrons et les redresseurs au mercure, ainsi que pour contrôler les thyristors à semi-conducteurs et à d'autres fins spéciales.

Le principe de fonctionnement du transformateur de crête

Le fonctionnement du transformateur crête repose sur le phénomène de saturation magnétique du matériau ferromagnétique de son noyau. La conclusion est que la valeur de l'induction magnétique B dans le noyau ferromagnétique magnétisé du transformateur dépend de manière non linéaire de la force du champ magnétisant H du ferromagnétique donné.

Ainsi, à de faibles valeurs du champ magnétisant H - l'induction B dans le noyau augmente d'abord rapidement et presque linéairement, mais plus le champ magnétisant H est grand, plus l'induction B dans le noyau continue de croître lentement.

Et finalement, avec un champ magnétisant suffisamment fort, l'induction B cesse pratiquement d'augmenter, bien que l'intensité H du champ magnétisant continue d'augmenter. Cette dépendance non linéaire de B sur H est caractérisée par ce que l'on appelle circuit d'hystérésis.

On sait que le flux magnétique F, dont le changement provoque l'induction de FEM dans l'enroulement secondaire du transformateur, est égal au produit de l'induction B dans le noyau de cet enroulement par la section transversale S du noyau d'enroulement.

Ainsi, conformément à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la FEM E2 dans l'enroulement secondaire du transformateur s'avère être proportionnelle au taux de variation du flux magnétique F pénétrant dans l'enroulement secondaire et au nombre de tours w dans celui-ci.

Compte tenu des deux facteurs ci-dessus, on peut facilement comprendre qu'avec une amplitude suffisante pour saturer le ferromagnétique dans les intervalles de temps correspondant aux pics de la sinusoïde de la tension appliquée à l'enroulement primaire du transformateur de crête, le flux magnétique Φ dans celui-ci le noyau dans ces moments ne changera pratiquement pas.

Mais seulement à proximité des moments de transition de la sinusoïde du champ magnétisant H à zéro, le flux magnétique F dans le noyau changera de manière assez brusque et rapide (voir la figure ci-dessus).Et plus la boucle d'hystérésis du noyau du transformateur est étroite, plus sa perméabilité magnétique est grande et plus la fréquence de la tension appliquée à l'enroulement primaire du transformateur est élevée, plus le taux de variation du flux magnétique est élevé à ces moments.

En conséquence, près des instants de transition du champ magnétique du noyau H par zéro, étant donné que la vitesse de ces transitions est élevée, de courtes impulsions en forme de cloche de polarité alternative se formeront sur l'enroulement secondaire du transformateur, puisque la direction de la variation du flux magnétique F initiant ces impulsions alterne également.

Dispositif de transformateur de crête

Les transformateurs de crête peuvent être réalisés avec un shunt magnétique ou avec une résistance supplémentaire dans le circuit d'alimentation de l'enroulement primaire.

La solution avec une résistance dans le circuit primaire n'est pas très différente d'un transformateur classique... Seulement ici, le courant de crête dans l'enroulement primaire (consommé dans les intervalles où le noyau entre en saturation) est limité par une résistance. Lors de la conception d'un tel transformateur de crête, ils sont guidés par l'exigence de fournir une saturation profonde du noyau aux crêtes des demi-ondes de l'onde sinusoïdale.

Pour ce faire, sélectionnez les paramètres appropriés de la tension d'alimentation, la valeur de la résistance, la section du circuit magnétique et le nombre de tours dans l'enroulement primaire du transformateur. Afin de rendre les impulsions aussi courtes que possible, un matériau magnétiquement doux à haute perméabilité magnétique caractéristique, par exemple du permaloïde, est utilisé pour la réalisation du circuit magnétique.

L'amplitude des impulsions reçues dépendra directement du nombre de tours dans l'enroulement secondaire du transformateur fini. La présence d'une résistance entraîne bien entendu des pertes importantes de puissance active dans une telle conception, mais elle simplifie grandement la conception du noyau.

Un transformateur shunt magnétique à limitation de courant de crête est réalisé sur un circuit magnétique à trois étages, où la troisième tige est séparée des deux premières tiges par un entrefer, et les première et deuxième tiges sont fermées l'une à l'autre et portent le primaire et le enroulements secondaires.

Lorsque le champ magnétisant H augmente, le circuit magnétique fermé se sature d'abord car sa résistance magnétique est moindre. Avec une nouvelle augmentation du champ magnétisant, le flux magnétique F est fermé à travers la troisième tige - le shunt, tandis que réactivité le circuit augmente légèrement, ce qui limite le courant de crête.

Par rapport à une conception impliquant une résistance, les pertes actives sont ici plus faibles, même si la construction du noyau s'avère un peu plus compliquée.

Applications avec transformateurs de pointe

Comme vous l'avez déjà compris, les transformateurs de crête sont nécessaires pour obtenir de courtes impulsions de tension alternative sinusoïdale. Les impulsions obtenues par ce procédé se caractérisent par un temps de montée et de descente court, ce qui permet de les utiliser pour alimenter des électrodes de commande, par exemple des thyristors semi-conducteurs, des thyratrons à vide, etc.