Односторонее насыщение сердечника силового трансформатора

Это негативное явление может возникать во всех двухтактных схемах ТПН, за исключением схемы Ройера, и ведет к иглообразным всплескам тока вида рис.1.3-1,в, но только в один из полупериодов работы схемы. Ввиду большой амплитуды тока транзистор, который проводит в данный полупериод, переходит в активный режим работы, что чревато возможным выходом его из строя. В отличие от схем с обратной связью по напряжению (например, Ройера), у которых выход транзистора в активный режим ведет к его лавинообразному выключению, в других схемах этот режим неконтролируем и может продолжаться до конца полупериода, задаваемого независимой системой управления, либо насыщением сердечника управляющего трансформатора.

Причина одностороннего насыщения сердечника силового трансформатора состоит в асимметрии половин схемы вследствие разброса параметров элементов, главным образом транзисторов. Неодинаковы, например, падения напряжения на проводящих транзисторах, длительности интервалов рассасывания носителей зарядов и т.д. Асимметрия ведет к неодинаковой длительности положительной и отрицательной волн напряжения на первичной обмотке трансформатора, в результате чего появляется постоянная составляющая напряжения. Под ее воздействием рабочая точка на петле гистерезиса начинает перемещаться по несимметричному циклу (на рис.1.3-7,а заштрихован) с заходом в конце волны в насыщенную область, что и ведет к быстрому подъему тока. Кривая тока первичной обмотки трансформатора приобретает такой вид, как показано на рис.1.3-7,б.

Постоянная составляющая напряжения не превышает нескольких процентов от амплитуды переменной составляющей. Однако два фактора значительно усиливают результат ее воздействия:

1) малость активного сопротивления обмотки, в результате чего постоянная составляющая намагничивающего тока (его среднее значение) велика;

2) малый наклон насыщенной ветви петли гистерезиса, вследствие чего кривая напряженности поля, а, следовательно, и намагничивающего тока приобретает иглообразный характер с большим соотношением между амплитудным и средним значениями.

В результате совместного действия обоих факторов амплитуда иглообразного всплеска тока в транзисторе может в несколько раз превысить номинальный ток.

Рассмотрим условия, от которых зависит указанное явление, и средства борьбы с ним. Относительные значения активных сопротивлений обмоток снижаются с увеличением мощности трансформатора. Поэтому в преобразователях малой мощности одностороннее насыщение сердечника сказывается слабее и дополнительные меры борьбы с ним могут не потребоваться. Подбор транзисторов по условию равенства характеристик снижает асимметрию, но усложняет технологию изготовления преобразователя. Для повышения наклона петли гистерезиса в насыщенной области можно применить составной кольцевой сердечник, содержащий, кроме основного также дополнительный сердечник с низкой магнитной проницаемостью, насыщающийся только при высоких значениях напряженности поля. Той же цели служит вырез на кольцевом сердечнике (рис.1.3-8). Сердечник с вырезом можно рассматривать как состоящий из двух сердечников, из которых один имеет немагнитный зазор для снижения средней магнитной проницаемости. Постоянную составляющую напряжения можно отфильтровать, включая конденсатор последовательно с первичной обмоткой. При нулевой схеме инвертора этот способ нельзя использовать, так как через первичные полуобмотки протекает в том числе постоянная составляющая рабочего тока, потребляемая от источника питания. Конденсатор, обладая бесконечным сопротивлением постоянному току, устраняет и ее, что делает схему инвертора неработоспособной. В схемах, где через первичную обмотку в симметричном режиме протекает только переменный ток (например, мостовой), включение конденсатора является эффективным приемом борьбы с односторонним насыщением: оно практически устраняется. В полумостовой схеме со средней точкой питания эту функцию выполняют конденсаторы делителя напряжения (рис.1.3-3). Поэтому она обладает естественной нечувствительностью к данному аномальному явлению.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Поясните причины одностороннего насыщения сердечника силового трансформатора и последствия, к которым оно ведет.

2. Назовите факторы, повышающие амплитуду тока в транзисторе при одностороннем насыщении сердечника трансформатора.

3. Какие меры применяются для борьбы с односторонним насыщением?

4. Какая из схем преобразователей обладает естественной нечувствительностью к данному аномальному явлению?