ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – ВАРНА

Факултет по Електроника

Специалност: Комуникационна техника и технологии

КУРСОВА РАБОТА

по

Конструиране на комуникационна апаратура

Тема: Проектиране на импулсен трансформатор

Изработил:

       Ръководител:………………

Стефан Табаков

                               /гл. ас. д­р А. С. Георгиев/

3 курс, 2 гр., ф.№ 015078

Конструиране на комуникационна апаратура

Изм.

Бр.

№ на док.

Подпис

Дата

Разработил

Ст. Табаков 

015078

Проектиране на импулсен

трансформатор

Стадий

Лист

Вс. Лист

Проверил

гл. ас. А. Георгиев

1

I.

Проектиране на импулсен трансформатор.Теоретичен обзор.

В   съвременната   електронна   техника   трансформаторите   намират   много   широко

приложение. Почти няма електронно устройство в бита, което работи с напрежение по­
ниско от мрежовото и не използва трансформатор в захранващия си блок. 

Трансформаторите   са електромагнитни устройства, притежаващи две и повече

намотки, навити една върху друга или една до друга. В това отношение изключение
правят само автотрансформаторите, притежаващи  само една намотка, част от която
едновременно принадлежи на първичната и на вторичната електрическа верига. 

Поради голямото си разнообразие, трансформаторите се класифицират в няколко

основни групи. Това се налага поради нуждата да се създадат универсални методики за
тяхното   оразмеряване.   Класификацията   им   се   извършва   по   различни   критерии:
предназначение,   конструкция,   номинална   мощност,   експлоатационни   условия,
климатична категория, продължителност на работа и др.

В зависимост от своето предназначение трансформаторите могат да се разделят на

четири основни групи – захранващи, съгласуващи, импулсни и автотрансформатори. 

Захранващите трансформатори са предназначени да преобразуват напрежението

от енергийната мрежа в напрежение, подходящо за захранване на различни консуматори,
разделяйки   ги   галванично   от   мрежата.   Тази   група   трансформатори   от   своя   страна
включва три подгрупи трансформатори:

-

Маломощни мрежови трансформатори, притежаващи номинална мощност до
1000 W и напрежение до 1000 V.

-

Мощни захранващи трансформатори, чиято изходна мощност е над 1000 W. В
електрониката   такива   трансформатори   се   използват   за   захранване   на
радиопредаватели, мощни усилватели и др.

-

Високоволтови   трансформатори,   работещи   с   напрежения   над   1000  V,
Използват се за захранване на магнитрони, електронно­лъчеви тръби и др.

-

др.

Границите  между  тези  три  подгрупи  са условни. Разделянето  им е  свързано  с

конструктивните различия – различни феромагнитни материали и различна конструкция
за магнитопровода, различни изолационни материали и марки проводници и др.

Върху   конструкцията   на   захранващите   трансформатори   съществено   влияние

оказва и честотата на захранващото напрежение. Поради тази причина те допълнително
се подразделят на трансформатори за мрежова честота (50 Hz), за честота 400 Hz и за
честота 800 Hz.

Втората голяма група трансформатори са съгласуващите трансформатори. Те са

предназначени   да   пренесат   с   минимални   нелинейни   и   честотни   изкривявания
нискочестотни   или   високочестотни   електрически   сигнали   от   хармоничен   тип,
съхранявайки   тяхната   мощност.   Названието   им   е   свързано   с   тяхната   функция   да
съгласуват характеристичните съпротивления на две електрически вериги, разделяйки
ги галванически една от друга.

Проектиране на импулсен

трансформатор

Лист

2

Изм.

Бр.

№ на док.

Подпис

Дата

В зависимост от честотната лента на предавания сигнал, тези трансформатори се

разделят на нискочестотни (за звукови честоти – 20 Hz до 20 kHz) и високочестотни.

Автотрансформаторите   се   използват   в   захранващите   устройства   на   различни

апаратури.   Поради   факта,   че   те   притежават   една   намотка,   която   едновременно
принадлежи   и   на   първичната   и   на   вторичната   електрически   вериги,   предаването   на
мощност   от   първичната   към   вторичната   става   едновременно   по   електрически   и   по
магнитен път. Намират приложение, когато е необходим коефициент на трансформация
близък до единица.

Импулсни трансформатори са тези, при които входните и изходните сигнали имат

импулсен   характер.   Използват   се   за   съгласуване   по   съпротивление   на   електрически
вериги,  за  обръщане   полярността  на   импулси,  за  галванично   разделяне   на  импулсни
вериги, осигуряване на постоянна амплитуда на импулсите при изменение на товара.

В зависимост от полярността на импулсите с които работят, тези трансформатори

могат   да   бъдат   за   монополярни   импулси   или   за   биполярни   импулси.   При
конструирането на трансформатора не е от значение дали той ще работи с монополярни
или с биполярни импулси. В зависимост от мощността и напрежението на импулсите,
които предават, тези трансформатори могат да бъдат с малка или с голяма мощност,
нисковолтови или високоволтови. Всеки импулсен трансформатор се характеризира с
определена импулсна мощност. 

P

И

=U

m

.I

m

 ,

където U

m

 и I

m

 са върховите стойности на напрежението и тока на импулса. Най­широко

приложение   имат   маломощните   нисковолтови   импулсни   трансформатори,   при   които
импулсната и средната мощност не надвишават съответно 300 W и 5 W. 

Към   импулсните   трансформатори   най­често   се   предявяват   две   основни

изисквания – да предават импулсите с минимално изкривяване и минимална загуба на
мощност. 

За основа при оразмеряване на импулсни трансформатори се използва единичния

импулс.   Импулсите   на   изхода   на   реалния   трансформатор   са   с   форма   различна   от
правоъгълната. Правоъгълният импулс може да се разложи в ред на Фурие – може да се
разглежда като съставен от хармонични сигнали с честота от 0 до безкрайност. Това
означава, че не съществува  по­широколентов сигнал от правоъгълния импулс. Всяко
отклонение от правоъгълната форма може да се разглежда като свиване на безкрайно
широката   честотна   лента,   присъща   за   идеалния   импулсен   трансформатор.   Поради
наличието на няколко капацитета и индуктивности в реалния импулсен трансформатор,
формата   на   преминаващия   през   трансформатора   импулс   неизбежно   се   изкривява   на
изхода. Изкривяването на импулса се определя по изменението на неговите параметри.

На фиг. 1.1 е показана опростената Т­образна еквивалентна схема на импулсен

трансформатор   със   стоманен   магнитопровод.   Елементите   в   нея   са   без   индуктивна
връзка   помежду   си;  r

1

  и  r

2

  са   активното   съпротивление   на   първичната   намотка   и

приведената стойност на активното съпротивление на вторичната намотка, а L

s1

 и L

s2

Проектиране на импулсен

трансформатор

Лист

3

Изм.

Бр.

№ на док.

Подпис

Дата

на  разсейване  на  първичната   намотка  и  приведената  стойност  на  индуктивността  на
разсейване на вторичната намотка. 

фиг.1.1.

През   индуктивността   на   първичната   намотка  L

1

,   наречена   още   индуктивност   на

намагнитване, преминава намагнитващия ток на трансформатора. Тя създава основния
магнитен поток в магнитопровода:

0

0

1

1

I

W

L





Съпротивлението R

C

 отчита загубите на мощност Р

С

 в магнитопровода:

C

2

I

1

C

P

U

R



,

където U`

1

 е съставяща на напрежението, която уравновесява индуцираното от потока

Ф

0

 ЕДН в първичната намотка e

1

. Поради сравнително малката стойност на загубите от

хистерезис,   е   обърнато   по­голямо   внимание   на   загубите   от   вихрови   токове,
съставляващи по­съществена част от загубите в магнитопровода. 

Освен   индуктивностите   на   разсейване,   влияние   върху   работата   на   импулсния

трансформатор оказват и капацитивните връзки между конструктивните елементи на
трансформатора. По редица начини, магнитопроводът на трансформатора обикновено се
свързва към точка с нулев потенциал.
          Импулсният трансформатор влиза в състава на различни генератори на 
електрически импулси, изпълнявайки функциите на съгласуващо звено между 
генератора и съпротивлението на товара. Както генераторът на импулси, така и товарът 
се характеризират с параметри, които заедно с параметрите на трансформатора 
определят условията за предаване на импулсна енергия от генератора към товара. 
Затова при проектиране на трансформатора задължително се отчитат параметрите на 
източника на импулсен сигнал и на товара. Вътрешният импеданс на източника на 
импулси и импедансът на товара имат почти

Проектиране на импулсен

трансформатор

Лист

4

Изм.

Бр.

№ на док.

Подпис

Дата

винаги   капацитивен   характер.   Рядко   се   отчитат   индуктивните   компоненти   на   тези
импеданси.

След   направените   уточнения,   пълната   еквивалентна   схема   на   импулсен

трансформатор добива вида, показан на фигура 1.2. Елементите  R

B

  и  L

B

  се наричат

вихрово съпротивление и вихрова индуктивност и отразяват вихровите параметри на
магнитопровода.   Тези   параметри,   заедно   с   паразитния   капацитет   при   определена
честота   създават   условия   за   настъпване   на   нежелателни   резонансни   явления.  R

I

  е

вътрешното  съпротивление   на  източника   на импулсни  сигнали;  E  – електродвижещо
импулсно напрежение; R`

2

 – приведена стойност на товарното съпротивление, включено

към   вторичната   намотка;   С

1,2

  –   междунамотъчен   капацитет;   С

1,1

  и   С`

2,2

  –   сумарен

капацитет   на   първичната   намотка   и   приведена   стойност   на   сумарния   капацитет   на
вторичната намотка. 

фиг.1.2.

Отношението на нарастването на индукцията към изменението на интензитета на полето
се нарича импулсна магнитна проницаемост 





:

H

B

0













Колкото по­голяма е стойността на остатъчната магнитна индукция В

0 

в 

магнитопровода, толкова по­малко е нарастването на индукцията в него и толкова по­
малка е магнитната проницаемост на съответния частен хистерезисен цикъл, т.е. толкова
по неефективно се използва магнитопровода на трансформатора. Но по­неефективно 
използване на магнитопровода изисква по­голям брой навивки на първичната намотка 
W

1

 за да се получи необходимата индуктивност на първичната намотка. По­големият 

брой навивки на първичната намотка от своя страна повишава индуктивността на 
разсейване на паразитните капацитети на трансформатора, като в същото време го прави
по­скъп, по­тежък и с по­големи размери. Затова при работа в импулсен режим без 
външно размагнитващо поле се предпочитат феромагнитни материали с малка остатъчна
индукция, голяма стойност на индукцията на насищане B

S

 и минимална стойност на 

напрегнатостта на

Лист