а) законом электромагнитной индукции, устанавливающим связь между напряжениями, приложенными к обмоткам трансформатора и изменениями суммарного магнитного потока;

б) законом полного тока, устанавливающим связь между напряженностью магнитного поля в сердечнике и намагничивающим током трансформатора;

в) явлением гистерезиса, определяющим связь между изменениями индукции и напряженностью магнитного поля в сердечнике;

г) явлением вихревых токов, индуктируемых в листах сердечника изменяющимся во времени магнитным потоком;

д) явлением насыщения стали сердечника.

Основная особенность импульсного трансформатора состоит в том, что протекание всех электромагнитных процессов в его сердечнике характеризуется высокой скоростью и асимметрией, связанной с большим различием между длительностью импульсов и периодом их повторения. Поэтому наличие вихревых токов, величина которых пропорциональна скорости изменения магнитного потока, может вызывать значительные потери энергии в сердечнике и приводит к снижению эффективной магнитной проницаемости. Асимметрия в протекании электромагнитных процессов приводит к неполному использованию магнитных свойств сердечника, если не приняты специальные меры.

При рассмотрении процессов в сердечнике трансформатора можно считать активные сопротивления обмоток, индуктивности рассеяния, паразитные емкости трансформатора и нагрузки, равными нулю. Так как эти параметры для импульсных трансформаторов характеризуются очень малыми величинами, то на процессы собственно в сердечнике они оказывают незначительное влияние.

Такие допущенияТ^позволяют рассматривать трансформатор, с точки зрения процессов, протекающих в сердечнике, как реактивную катушку со стальным сердечником. Это намного упрощает анализ электромагнитных процессов, протекающих при воздействии на обмотки трансформатора периодически повторяющихся прямоугольных импульсов напряжения, и в то же время мало снижает точность анализа.

3-2. Приращение индукции в сердечнике импульсного трансформатора

Пусть на первичную обмотку трансформатора со стальным сердечником, схематически изображенного на рис. 3-1, воздействуют импульсы напряжения прямоугольной формы длительностью со следующими параметрами: при <; О ы = 0; при О ? и = Ui, при t>t ы = 0.

Пусть сердечник трансформатора имеет поперечное сечение S, длину средней магнитной линии /, толщину листов б и удельное сопротивление стали р. Электромагнитные свойства стали сердеч-

ника характеризуются шлейфом предельного статического ги-стерезисного цикла -Н^, В^, +Яс (рис. 3-2).

Согласно закону электромагнитной индукции, приложенное к первичной обмотке трансформатора напряжение уравновешивается индуктируемой в обмотке электродвижущей силой и поэтому

(3-1)

где В - индукция в сердечнике.

Определяя индукцию из (3-1), имеем:

В (О

WiSkc J

Uidt + B (3-2)

--н----

где В^ - некоторое начальное значение индукции в сердечнике, соответствующее моменту времени t = 0.

При практических расчетах обычно интересуются не абсолютным значением индукции в сердечнике, а ее приращением во времени. Поэтому (3-2) удобно переписать в виде:

Рис. 3-1. Схематическое изображение трансформатора со стальным сердечником.

АЛ {t) = B{t) - B,=

Рис. 3-2. Шлейф статической'характеристики намагничивания ферромагнитного материала сердечника.

в рассматриваемом случае, когда напряжение при > О имеет постоянное значение, приращение индукции

Д^() = .

линейно нарастает во времени и в момент t = t, достигает определенного конечного значения:

Для качественного рассмотрения процесса намагничивания сердечника предположим вначале, что сердечник набран из настолько тонких листов стали, что влиянием вихревых токов можно пренебречь. Тогда процесс намагничивания можно рассматривать, пользуясь шлейфом статической характеристики намагничивания - петлей гистерезиса рис. 3-2.

Пусть до подачи на первичную обмотку первого импульса напряжения сердечник находился в полностью размагниченном состоянии, т. е. его магнитное состояние характеризовалось точкой (Я = О, В = 0). На рис. 3-2 точки Яс и В,- представляют коэрцитивную силу и остаточную индукцию, а кривая ОАВ^-основную кривую намагничивания стали сердечника.

При воздействии первого импульса напряжения точка, изображающая магнитное состояние стали, перемещается по основной кривой намагничивания и в момент его окончания индукция достигнет значения В^, равного АВ в соответствии с (3-3). Это значение индукции полностью определяется напряжением и длительностью импульса при данных конструктивных параметрах сердечника трансформатора и количестве витков в его первичной обмотке. При достижении индукцией значения В^ напряженность магнитного поля достигает некоторого значения Н^, причем в процессе изменения Я нелинейно зависит от В, а следовательно, нелинейно изменяется и во времени.

Для установления связи между напряженностью магнитного поля в сердечнике и намагничивающим током воспользуемся законом полного тока:

или применительно к трансформатору рис. 3-1

iiJhL. (3-4)

Из (3-4) следует, что намагничивающий ток изменяется в зависимости от изменения индукции во времени по тому же нелинейному закону, что и Я, достигая в момент времени 4 некоторого конечного значения.

После окончания действия импульса напряжения намагничивающий ток в первичной обмотке трансформатора в интервале