Сигнальные импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы предназначены для передачи однополярных импульсов напряжения заданной формы с минимальными искажениями. Они широко применяются в аппаратуре для радиолокации, телевидения и импульсной радиосвязи. С их помощью осуществляется повышение и понижение напряжения импульсов, изменение полярности и т. д.

Импульсные трансформаторы являются широкополосными трансформаторами, предназначенными для передачи сигналов со спектром частот от десятков кГц до десятков МГц. Часто такие трансформаторы используются при длительности импульсов t _и 0,2¼10 мкс с длительностью фронта нарастания импульса t _фдо 0,01¼0,2 мкс. Низшая частота f _нпередаваемого спектра частот определяется соотношением f _н 1/2p t _и и при t _и= 10 мкс соста­в­ляет около 16 кГц. Высшая частота спектра f _в оценивается по формуле f _в= (0,2¼0,3)/ t _ф и при длительности фронта импульса t _ф= 0,01 мкс достигает 20¼30 МГц.

Расчет сигнального импульсного трансформатора ведется на основе системы безразмерных критериальных зависимостей, что позволяет спроектировать импульсный трансформатор с минимальными вносимыми искажени­ями передаваемого сигнала.

Пример 5.24. Определить эквивалентную толщину листа d магни­то­про­во­да импульсного трансформатора со следующими параметрами:

t и, с	Материал магнитопровода	σ·10^2, Ом^-1·см^-1	Bs ×10^4, В×с/см^2
2·10^-5	Феррит 2500НМС		0,46

Обозначения. t _и – длительность импульса; σ – электропроводность материала магнитопровода; B_s – индукция насыщения материала магнитопровода.

Решение.

Толщина листа d электротехнической стали или магнитомягкого сплава определяется из выражения:

, см, (5.51)

где среднее в пределах изменения индукции D B значение импульсной магнитной проницаемости m_D рассчитывается по формуле

, Ом×с/см. (5.52)

В формуле (5.52) H _м – напряженность магнитного поля в магнитопроводе, А/см; D B – В×с/см².

Величина Н _мопределяется по кривой намагничивания магнитного материала. При этом сначала выбирается значение B _м, затем по графику основной кривой намагничивания B = f (H) для выбранного магнитного материала находят величины H _ми D B 0,24 B _м.

В качестве материала магнитопровода для импульсов длительностью до 0,1 мс берутся электротехнические холоднокатаные трансформаторные стали марок 3422¼3425 с толщиной ленты 0,15¼0,08 мм. При более коротких импульсах применяются ферромагнитные сплавы 79НМ, 50Н, 47НК и др. в виде тонких лент толщиной 0,0015¼0,08 мм, а также магнитомягкие ферриты марок 2000НМ, 1500НМ, 2500НМС1 и др.

1. В качестве материала магнитопровода по таблице П.26 выбираем феррит марки 2500НМС1 с характеристиками: р _о= 3,4×10^–2 Вт/см³; a = 1,4; b = 1,9; B_s 0,46 Т; s = 10^–2 1/Ом×см.

2. На основной кривой намагничивания B = f (H) для феррита 2500НМС1 (рис. П.3, а) выберем B _м= 0,35 Т.

Выбранное значение индукции соответствует значению напряженности магнитного поля Н _м 0,7 А/см. Ориентировочное значение D B примем равным 0,24 B _м = 0,084 Т.

3. По формуле (5.52) рассчитаем значение импульсной магнитной прони­ца­е­мос­ти m_D:

.

4. Из выражения (5.51) оцениваем значение эквивалентной толщины листа d:

46,9 см.

По физическому смыслу полученное значение d представляет эффективную глубину проникновения высокочастотного электромагнитного поля в материал магнито­про­вода и используется в даль­нейших вычислениях в качестве расчетного параметра.

Ответ. δ=46,9 см.

Пример 5.25. Рассчитать объем магнитопровода V _ссигнального импульсного трансформатора и выбрать стандартный магнитопровод при следующих исходных данных:

U м2, В	I м2, А	Материал магнитопровода	Bs, Т	t и, мкс	Т и, мкс	D Т, К	к доб	к м	к т
		Феррит 2500НМС	0,35					0,25	1,4

Обозначения. U _м2 –амплитудное значение напряжения вторичной обмотки; I _м2– амплитудное значение тока вторичной обмотки; t _и – длительность импульса; Т _и – период следования импульса; D Т – температура перегрева трансформатора; к _доб- коэффицент, учитывающий поверхностный эффект; к _м– коэффициент заполнения окна магнитопровода; к _т – коэф­фициент, характеризующий увеличение сопротивления провода намотки вследствие нагрева трансформатора.

Решение.

Объем магнитопровода V _с рассчитывается по формуле

, см³, (5.53)

где А – коэффициент потерь, рассчитывается по формуле (5.30); к _доб 2 – коэффициент, характеризующий увеличение сопротивления провода намотки из-за поверхностного эффекта и эффекта близости; к _т 1,4 – коэффициент, характеризующий увеличение сопротивления провода намотки вследствие нагрева трансформатора; к _м 0,25¼0,3 – коэффициент заполнения окна магнитопровода;

(5.54)

– мощность трансформатора во время передачи импульса (импульсная мощность), ВА;

f _и = 1/ t _и (5.55)

– частота импульсов, Гц; D Т – ориентировочная температура перегрева трансформатора, °С;

(5.56)

– коэффициент, учитывающий уменьшение объема магнитопровода в зависимости от скважности импуль­сов g = Т _и/ t _и.

По справочнику [10] подбираем магнитопровод, имеющий объем V _c, близкий к расчетному объему. Затем определяется ширина стерж­ня магнитопровода а, толщина стержня b и высотаокна h, рассчитывается длина магнитопровода l _мп, средняя длина витка l _в, масса магнитопровода М _с.

1. Рассчитываем частоту импульсов:

Гц.

2. По формуле (5.30), в которой значение f _пзаменено на f _и, рассчитываем значение коэффициента потерь А:

А = 3,4×10^–2(50/1)^1,4(50×10³)^-1,5(0,35/1)^1,9(0,35×10^–4)^–2= 80,69 А×см/В×с^1/2.

3. Рассчитываем импульсную мощность трансформатора по формуле

Р _и = U _м2 I _м2= 15×10 = 150 ВА.

4. Рассчитываем скважность импульсов:

5. Определяем коэффициент Г:

6. По формуле (5.53) определяем объем магнитопровода V _с:

см³,

где D Т = 50 °С.

Для трансформатора выбираем тороидальный магнитопровод из унифицированного ряда. Из таблицы П.21 выбираем кольцевой магнитопровод типа К20 12 6, имеющий объем V _c= 2,26 cм³. Конструк­тивные размеры магнитопровода приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Дата добавления: 2015-05-09