СОДЕРЖАНИЕ
Предислов.ие
Гл а в а п ер в а я. Ферритовые сердечники с непрямоуголь­
ной петлей гистерезиса
·1 . Электромагнитные процессы перемагничивания сердеч­
ника импульсного трансформатора в ста'!'ическt'М ре-
жиме
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
а) Перемагничивание ферритового сердечника с НПГ
на частном несимметричном цикле гистерезиса . .
б) Температурные характеристиюи ферритовых сердеч-
'НИ!КОВСНПГ . . . .
.
.
в) Выбор режима работы и контроля сердечников для
импульсных трансформаторов . . . . . .
г) Параметры ферритового сердечника с НПГ в режи-
ме однополярного намагни•швания
.
.
д) Расчет поля на·магничивания сердечника при задан­
ном· перепаде индукции с учетом разброса характе­
ристик сердечников, измеренных при заданном поле
е) Статичеоrоие характеристl!'Ки ферритовых сердечни­
ков с НПГ при наличии зазора
2. Переходные процессы намагничивания сеР'дечника
в импульсном режиме
.
.
.
.
.
.
.
а) Схема замещения ферритового сердечника с НПГ
при работе в импуль·сном режиме . .
.
.
б) Общий случай намагничивания ферритовых сердеч­
ников с НПГ от источника с конечным значением
внутреннего сопро11ивления
.
.
.
.
в) Намагничивание ферритовых сердеч•ников в режиме
.воздействия импульсов ·напряжения
г) Намагничивание ферритовых сердечников с НПГ
в режиме воздействия прямоугольных импульсов
тока....
.
.
.
д) Намагничиван·ие ферритовых сердечников с НПГ
импулnсом напряжения неидеально прямоугольной
формы
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
е) Намагничивание ферритового сердечника с НПГ ·им-
·пульсом тока неидеаль·но •Прямоугольной формы . . _
ж) Потери энергии в ферритовом сердечнике с НПГ
при о:днополярном намагнич•lf!Вании
з) Нагревание сердечника с НПГ при намагничивании
и предельная частота работы
.
и) Параметры сердечника импульсного трансформатора
3. Методы контроля ферритовых сердечников с НПГ
.
а) Контроль статических характеристик сердечн•и.ка при
керемагничивании на частном несимметричном цикле
б) онтроль статических и импульсных характеристик
сердечн.иков при перемагничивании импульсами на­
nряжения .
3
4
4
4
8
13
14
19
23
30
30
33
35
39
41
46
50
53
56
57
57
58

в) Влияние неидеально прямоугольной формы им•пуль~
сов напряжения и конечного значения внутреннего
соIJ<ротивления генератора на точность измерения
параметров сердечников . . . . . . . . 63
г) Пр.именение интегрирующей цепочк1и для увеличения
точностиизмерений.........66
д) Автоматический контроль проницаемости частного
цикласердечников.........68
е) Методика лроиз11юдственного контроля сердечников
марки llOOHMИ и 350ННИ
71
Глав а втор а я. Миниатюрные импульсные трансформаторы 72
4. Электромагнитные парамет.ры ИТ
.
.
72
а) Общие требования к параметрам ИТ . .
72
б) Расчет тока намагничивания трансформатора с уче-
том разброса параметров сердечников в диапазоне
температур...........73
в) Расчет максимально допустимой площади передавае-
мых импульсов и частоты их повторения .
•
.
75
5. Расчет переходного процесса в цепи ИТ с учетом по­
токов рассеяния по принципиальной и эквивалентной
схемам.....
.
.
.
.
76
а) Расчет переходного процесса в цепи ИТ . . . 76
б) Физическая сущность индукт.ивности рассеяния и
вза.имо·связь способа ее опре.деления с выбором
эквивалентной схемы замещения трансформаторной
цепи
.
•
.
.
.
.
.
.
.
.
•
.
82
в) Расчет переходного процесса в цепи, содержащей
различные эim1ивалентные схемы замещения транс-
форматора.....
.
.
.
.
.
85
г) Экспериментальное исследование индуктивности рас-
•сеяния разновитковых обмоток . .
88
6. Расчет переходного процесса в цепи ИТ с учетом всех
паразитных параметров .
91
а) Паразитные параметры ИТ .
91
б) Полная эквивалентная схема ИТ .
92
в) Процесс нара.стания фронта импульса
93
г) Плоская вершина импульса .
94
д) Срез импульса и обратный ход
95
7. Методы контроля миниатюрных ИТ
95
а) Измерение тока .намагничивания . .
95
.б)
Измерение коэффициента трансформации
97
в) Измерение междуобмоточной емкости и индук11ив-
нос11ирассеяния . . . . . . .
98
8. Вопросы констр)Щрования и применения ИТ
99
а) Ряды ИТ типа И, ОСИ, ТИГ, ТИМ, БТИ
99
б) Выбор матер•иала сердечника
108
в) Проектир()IВание рядов ИТ
110
г) Вопросы использования ИТ в элеюrронных ехемах 114
С:ццсок литерату\>ы
117

6Ф.7
Б20
УДК 621.374
РЕдА!(ЦИОННАЯ !(ОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, М. А. Боярченков,
А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, Д. А. ПоспеАов,
И. В. Прангишвили, О. В. Слежановский, Ф. Е. Темников, М. Г. Чи-
ликин, А. С. Шаталов
НАТАЛЬЯ БОРИСОВНА БАЛБАШОВА
МИНИАТЮРНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
НА ФЕРРИТОВЫХ СЕРДЕЧНИКАХ
Редактор М. В. Немцов
Редактор издательства Г. П. Китаева
Технич еский редактор Г. Г. Самсонова
Корректор 3. Б. Драновская
Сдано в набор 19/V 1976 г.
Формат 84 Х 1081 /з•
Уч. -изд. л. 7,71
По дписано к печати 25/VIll 1976 г. Т-1$745
Бумага типографская 4'1'о 2
Тираж 12 ООО экз.
Зак. 652
:Усл . печ. л. 6,30
l{ена 41 коп.
Издательство «Энергия >, Моск ва, М-1'14, Шлю зовая наб., 10
Мос ковская тип о графия No 10 Союзполиграфпрома
лри Государственн о м комнтете С овета Министров СССР
по делам и зд атель с тв, полиграфии и книжно/!: торговли .
Москва, М- 11 4 , Шлюзовая наб., 10.
Балбашова Н. Б.
Б 20 Миниатюрные импульсные трансформаторы на
ферритовых сердечниках. М., «Энергия», 1976.
120 с . с ил. (Б-ка по а'Втома11ике . Вып. 562) .
!(ни г а посоя щается феррит ов ы м сердечникам с непрямоуrольноll
петлей гистерезис а и миниатюрным имп ульсн ым трансформаторам. Рас­
сма триваются магнитные с во йства и характеристики ферритовых с ердеч­
ников, дают с я достаточно простые методы расчета цепе!!, с одержащих
ферритовые серде чники. Ра сс матриваютс я особ еииостн раз л нчных
источнико в импульс ов, методы к онтроля параметров сердечников, а так­
же электро магнитны е параметры импульсных трансформаторов , методы
их кон т рол я и особе нности конструирования.
!(нига предна з нач е на дл я инженеров 1и н11 у чны х работников, спе­
циализирующихся в области ра з работки импульсных трансформаторов
и магнитн ых матери алов, а также в обла сти разработки импульсных и
цифровых устройств на пол упрово дни ков ых элементах н интегральных
ми кросхемах.
30407-464
Б 051(00)-76 ttt-75
6Ф.7
~ Издательотво сЭнерГJJЯ», 1976 r.

ПРЕД 1ИСЛО'ВИЕ
Ферритовые сердечники и импульсные трансформа­
торы находят широкое применение в современных элек­
тронных схемах.
Несмотря на то, что с момента появления миниа­
тюрных импульсных трансформаторов с магнитопрово­
дом из ферритового материала прошел довольно боль­
шой срок, в настоящее время ощущается недостаток
специальной литературы, посвященной их конструирова­
нию, изучению характеристик и параметров, обоснова­
нию методов контроля.
В данной работе сделана попытка рассмотреть и
систематизировать наиболее существенные вопросы, воз·
никающие при разработке, контроле параметров и ра­
боте в электронных схемах ферритовых сердечников
с непрямоугольной петлей гистерезиса (НПГ) и им­
пульсных трансформаторов.
Автор

4
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ФЕРРИТОВЫЕ СЕР ДЕЧНИ1~И С НЕПРЯМОУГОЛЬНОЙ
ПЕТ ЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА
1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
СЕРДЕЧНИКА ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
В СТ А ТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
а) Перемагн11°Nивание ферритового серде·чнмка с НПГ
на частном несимметри·чном цикле ги1стерезиса
В качестве материала для сердечников миниатюрных импульс­
ных трансформаторов (ИТ) используются, как правило, магнитно­
·мя·гкие ферриты и пермаллоевые ленты, т. е. магнитные материалы,
имеющие непрямоугольную петлю гистерезиса (НПГ) .
Основной особенностью импульсного режима работы сердечника
является пр<;>цесс его однополярного намагничивания на частном
несимметричном цикле гистерезиса (рис. 1,а, б), который изучен
значительно менее полно (1-8), чем симметричный цикл гистерезиса .
При одной и той же ·величине и полярности намагничивающего
импульса перемагничивание сердечника может происходить по раз­
личным частным петлям гистерезиса в зависимости от величины
исходного состояния остаточной индукции, т. е . из -за влияния
.nредыстории. На рис. 1,а приведены частные циклы гистерезиса
Рис. 1. Перемагничивание сердечника по петлям гистерезиса частных
циклов.

nолносtью размаrниченноrо сердечника - до начала каждого из
намагничивающих полей остаточная индукция была равна нулю.
Петли гистерезиса каждого из частных циклов имеет максимальную
индукцию Вт~, Вт2, Втз и остаточную индукцию Вт~, Вт2, Втз, опре­
деляемую н. с. статического поля намагничииания Нст1, Нстz, Нстз.
Соответственно перепад индукции частного цикла будет характери­
зоваться значениями ЛВст 1 , ЛВст2, ЛВстз. Начиная с некоторого
поля Нст.пр остаточная инду1щия частного цикла остается неизмен­
ной при дальнейшем увеличении поля нама,гничивания и равна оста­
точной индукции предельного цикла Вт. На рис. 1,6 показаны
частные циклы гистерезиса при тех же значениях напряженности
намагничивающих полей Н ст1, Нст2, Нстз, что и на рис. l,a, при
условии, что до испытаний сердечник был намагничен до насыще­
ния. Перепады индукции петель частного цикла ЛВ' ст1, дВ'ст2.
ЛВ' стэ намагниченного сердечника меньше, чем у размагниченного,
за счет большей остаточной индукции.
Таблица 1
Взаимосвязь статических параметров симметричной
предельной петли гистерезиса и частных циклов
Марка феррита 1 Вт, сТ
Br, сТ
Нс, А/см
1
АВ'ст/дВст 1 Нет.пр•
А/см
1lООНМИ
25
10
0,08
0,9
0,85
1500НМЗ
25
7,4
О, 16
0,9
1,2
lOOOHMl
29
8
О, 12
0,9
1,2
2000НМ3
17,6
8
0,24
о, 77
1,8
350ННИ
25
15
0,36
0,7
2,0
В табл. 1 приведены параметры симметричной петли гистере­
зиса Вт, Вт, Нс (Hm=lO Нс), отношение перепада индукции пре­
дельного частного uикла ЛВ' ст к перепаду индукции размагничен­
ного сердечника ЛВст при одной и той же напряженности поля на­
магничивания (0,4 А/см) и минимальное поле намагничивания пре­
дельного цикла Нет.пр для нескольких марок ферритов.
Анализ табл. 1 показывает, что чем меньше остаточная индук­
ция материала Вт и коэрцитивная сила Нс, тем в меньшей степени
отличаются перепады индукции намагниченного и размагниченного
сердечников. Кроме того, чем меньше коэрцитивная сила, тем мень­
ше величина поля намагничивания предельного цикла Нст.пр. С точ­
ки зрения уменьшения влияния предыстории в качестве сердечников
импульсных трансформаторов следует применять материалы с ма­
лыми значениями Вт и Нс. Хорошим примером того, как с умень­
шением величины остаточной индукции Вт уменьшается влияние
предыстории, является почти полное отсутствие этого влияния
в разъемных сердечниках.
Таким образом, за счет влияния предыстории сердечник в им­
пульсном трансформаторе может иметь параметры, отличающиеся
от полученных в размагниченном состоянии, и это отличие может
быть тем больше, чем больше Вт и Нс.
На практике могут встречаться не только полностью размагни­
ченное исходное состояние сердечника или состояние, соответствую­
щее остаточной индукпJии Вт, но и масса промежуточных состояний.
5

На измененйе исходного coctoянllst н11магничениости сердечника
могут влиять такие факторы, ка·к случайное воздействйе на сердеч­
ник поля б.ольшего, чем рабочее; временная работа сердечника при
по~ышеннои температуре, когда из-за уменьшения В, и Нс предель·
ныи цикл достигается при меньших полях; изменение поляриос:rи
подклюqения намагничивающей обмотки. В дальнейшем, если эт:)
не будет оговорено специально, будут рассматриваться харакrеристи·
кн размагниченных сердечников.
Рис. 2. 33висимость fJ-д (Нст>
размагниченного
сердечника
(сплошная линия) и fJ-
1
д (Нет)
предельного частного цикла
(пунктирная линия).
Рис. 3. Зависимость /J-.д (дВст)
размагниченного
сердечника
(сплошная линия) и fJ- 1д (дВст)
предельного частного цикла
(пунктирная линия).
Основным параметро:11 статичеоко,й петли •гистерезиса частного
цикла является средняя проницаемость:
дВст Bm-Br
fJ- ----
(1)
д -/J-онст - fJ-oHcт
Основной характеристикой магнитного сердечника с НПГ при
однополярном намагничивании srвляется зависимость ЛВст (Н ст),
которая позволяет найти характеристики сердечника f.Lд (Нет),
lol-A (дВст) И Нст (ЛВст)·
н_а рис. 2-5 приведены характеристики ферритовых сердечни­
ков с НПГ марок 1500НМЗ, 2000НМ, 1!ООН.МИ, IOOOHMI, 350ННИ.
Все приведенные зависи:11ости в большей или меньшей степени не·
линейны для всех приведенных марок ферритовых сердечников.
В связи с этим контроль сердечника при каком-либо одном задан­
ном значении ПОJlЯ или перепада индукции не может обеспечить
одинаковость его параметров в произвольно выбранном рабочем
режиме. Для того чтобы обеспечить заданные 111араметры сердечника
6

в любом реж~~ме раооты, необходимо ,контролировать всю зависи­
мость ЛВст(Нст). что весьма трудоемко. Другой вариант заключает­
ся в том, чтобы выбрать определенный рабочий участок зависимости
ЛВст (Н ст) и производить контроль параметров сердечни·ка только
на этом участке, в этом случае режимы контроля и работы серде•1-
ника должны совпадать.
Ферритовый сердечник с НПГ чаще всего применяется в двух
импульсных режимах, близких к идеализированным: в режиме воз­
действия импульсов напряжения и в режиме воздействия импульсов
тока.
25 LIB
с
ст
20
15'
10
5
Нет
а
а,в 1,Z 1,б Z,OA см
Рис. 4. Зависимость ЛВ ст (Нс т)
ферритовых сердечников с НПГ
нескольких марок.
А/см Нет
1,2
а,в
014
JВст
о
10
15стzo
Рис. 5. Зависимость Нст(ЛВст)
ферритовых сердечников с НПГ
нескольких марок.
Режим воздействия импульсов напряжения характеризуется со­
зданием в сердечнике постоянного перепада индукции ЛВст. Это
режим работы и проверки импульсного трансформатора. Парамет­
ры сердечн111Ка в этом режиме характеризуются зависимостью про­
ницаемости частного цикла от перепада индукции:
лвст
fJ.д (дВст),= <L Н (ЛВ )
г·о ст
ст
11J1И поля намагничивания от перепада индукции (см. рис. 3, 5):
лвст
Нст (ЛВст) = /J-ofJ.д (ЛВст) •
Режим воздействия импульсов тока характеризуется созданием
в сердечнике постоянной амплитуды поля намагничивания. Парамет­
ры сердечника в этом режиме определяются зависимостью
ЛВст(Нст) И
(см. рис. 2, 4).
7

Таким обра~ом, расчет параметров импульсного трансформатора
в различных режимах работы производится с использованием соот-
ветствующих зависимостей.
.
..
.На
основании изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Режим работы сердечника в импульсном трансфоttматоре
должен находиться в области полей, где влияние предыстории на
параметры сердечника незначительно.
2. Параметры симметричной петли гистерезиса, остаточная ин·
дукция и коэрцитивная сила должны быть малы, чтобы уменьшить
влияние предыстории.
.
3. Методику 1Контроля необходим:0 строить таким образом, чтобш
учесть степень влияния предыстории в проверяемом сердечнике.
4. Ввиду нелинейности зависимостей дВсr (Н ст). fJoд (Нcr) и
Нcr (дВст) проверка сердечника при каком-либо одном заданном попе
или 1Перепаде индукции не обеспечивает одинаковость его парамет­
ров при произвольно выбранном режиме работы.
б) Темnературные хар.эктернс1''1'к'н ферритовых
сердечников с нnг
Температурный диапазон работы импульсных трансформаторов
очень широк, поэтому исследование их температурных характеристик
имеет немаловажное значение.
Рассмотрим вопрос о связи температурных изменений проница­
мости 1'-д с температурными изменениями параметров симметричной
петли гистерезиса, технологические способы управления которыми
достаточно хорошо известны .
Определим вз'аимосвязь температурных зависимостей параметров
симметричной петли гистерезиса Вт, В, и Нс с температурными
зависимостями проницаемости частотного цикла 1'-д· С этой целью
проанализируем температурные характеристики параметров симмет­
ричной петли гистерезиса из [5J, добавив расчетные значения ЛВст =
=Вт-Вr, коэффициента прямоугольности Кпр= В,/Вт и темпера­
турных изменений - д, %, всех этих величин.
В табл. 2 приведены параметры Вт, Br, Нс (Нm=IOHс> (5)
и рассчитанные параметры kпр, 1'-д, д, %. для ферритов марки
1500НМ2. Из табл. 2 видно, что в области малых полей темпера­
турные изменения Нс и fJ-д почти везде имеют один и тот же знак.
В связи с этим можно сделать предположение, что такое соответ­
ствие не случайно и может быть объяснено следующим образом.
Упеличение коэрцитивной силы с изменением температуры умень·
шает относительную величину поля намагничивания Нст!Н., т. е.
измерение проницаемости fJ-д происходит как бы при меньшем поле
намагничивания, где проницаемость выше, :поэтому и темпера;уриое
изменение 1'-д получается также в сторону увеличения. Уменьшение
коэрцитивной силы влечет за собой обратные я'Вления.
Температурное изменение коэрцитивной силы не всегда является
преобладающим фактором, '"влияющим на изменение 1'-д• так как не
всегда с изменением поля намагничивания 1'-д резко меняется, JtaJ(,
например, в области технического насыщен1t11.
8

Таблица 2
Взаимосвязь стаtических параметров симметричной петли
гистерезиса и проницаемости l"д ферритовых сердечников ,
марки 1500НМ3
+20°с
-60'С
+100°с
н.
Параметр
Значение /
Значение 1
А/см сердечни1Ц1
Значение
д,%
д,%
параметра параметра
параметра
Вт, сТ
4,4
4,0
- 9,1
5,2
+18,2
Br, сТ
0,3
0,3
о
0,5
+66,5
О,16 Нс, А/см О,12
О, 12
о
0,023
82
kпр
0,068 0,075 +10,з 0,096
41
fJoд
2050
1850
- 9,75 2350
14,7
Вт, сТ
7,0
6,6
-5,7, 8,4
+20
Br, сТ
0,6
0,6
о
2
+234
0,24 Нс, А/см 0,02
0,016
-20
0,047 +1з5
kпр
0,055 0,091
+6,45 0,238
+179
fJ-д
2140
2000
- 6,55 2140
о
Вт, сТ 12,8
12,4
- 3,12
14
+9,4
Br, сТ
2,3
2,3
о
4
+74
0,4
Нс. А/см 0,072 0,0664
- 8,4
0,089
+23,6
kпр
о, 18
О, 185 +2,8
0,285 +юз
fJoд
2100
2020
- 3,8
2000
-5
Вт, сТ 22,3
22,6
+I,35
19
-14,2
-
Br, сТ
6,4
5,6
-12,5
7
+9,35
0,8
Нс. А/см О, 1432 О, 1376 -3,9
о, 125 -15,7
kпр
0,288 0,248
-13,9 0,37
+28,5
fJoд
1590
1700
+6,9
1200
-24,5
Вт, сТ 30,6
34
+11.1 22,7
-25,9
Br. сТ
8,4
7,5
-10,7
7
-16,7
2,4
Нс, А/см 0,203 0,227
+11,8 о, 141 -30,6
kпр
0,275 0,22
- 19,3 0,31
+12,8
fJoд
740
880
+18,9
525
-29
-
Вт, сТ 33,2
41,5
+25
24
-24
Br. сТ
8,6
9,7
+12,8
7
- 18,6
.8
Нс, А/см 0,213 0,296 +з9
О, 132 -38
kпр
0,26
0,234
-10
0,292
+12,3
fJoд
246
318
+29,3
170
-31
'•·
..
.
9

Вторьtм параметрам снмметi}}tчноi\ петли t'itcтepe:Зltca. которыА
может влиять на температурное ~изменение 1'-д· яв.r~яется изменение
~го прямоугольности. Если при изменении температуры симметричная
петля становится более прямоугольной, то проницаемость !'-д умень-
шается . Это соответствие хорошо подтвержда ет ся для участка насы­
щен1-1я почти ·всех марок ферритов.
На основа нии анализа взаимосвязи температурных изменений про­
ницаемости 1'-д и ~_параметров симметрич ной петли гистерезиса при
JL~ ~Вет,~--~---~--~
1soo ~т,_,,___-+-----+-----<
1000 16
зоо 1• 1-----+-'...,.........,~
воо 12 1---_..,r,.c-.:,._,....,.+-',
700 10 t-------.-~-..--+-"'-
500 8 1--- ----1
500
чоо
зоо
zoo
о
а.в
t,Б
н
А/см
Рис. 6. Зависимость !'-д (Нет) и
!JВст (Нет) сердечника марки
llOOHMИ.
разрабоже
тем.перату.роста­
бильных марок ферритов им­
пульсноrо пр·именения нужно
стремиться получить материаJI
с малым изменением коэр­
цитшшой силы и .коэффициента
111рямоуrолъиости сим.мет-ричной
петли rистерез;иса в заданном
диапазоне температур. _ Кроме
того, желательно, чтобы влия-
%LI
ZO
10
н
о
-10
-20
-30
-40
Рис. 7. Температурное измене­
ние зависимости [!'-д (Нет>, о/о.
иие т емпературных изменений этих величин на изменение проницае­
мост.и !'-д взаимно компенсировалось.
Из сказанного также следует, что достижение температурной
стабильности начал ьной проницаемости не гарантирует температур­
ную ста·бильность проницаемости частного цикла в широком диа­
пазоне полей и индукций.
Исследование характеристик !'-д (Нст). дВст (Нст). !'-д (дВст)
и Нст (ЛВ ст) большого числа партий ферритовых сердечников раз­
ных марок показало, что температурные изменения этих характе­
ристик нелинейно зависят как от приложенного поля или перепада
индукции , так и от изменения температуры.
На рис. 6 и 8 приведены уср ~дненные зависимости !'-д (Нет),
дВст (Нст). !'-д (дВ ст). Нст (ЛВст>, измеренные при температурах 20;
10

\ 00 и -60°С, а на рис. 7 и 9 - температурные изменения Л (в про­
центах) этих характеристик по отношению к характеристикам
в , нормальных условиях для ферритовых сердечников марки
\ IООНМИ. Из рис. 6 видно, что при малых полях проницаемость
/J-д и перепад индукции ЛВст при температуре +100°с увеличивают­
ся, а в больших полях уменьшаются, при температуре -60°С в ма­
лых полях уменьшаются, а в больших увеличиваются. Таким образом,
температур~!Ое изменение зависимости fJ-д (Н ст) и ЛВст (Нет) нели­
нейно зав~сит ат поля. При различных величинах полей оно имеет
1300
1200 J,Z
1100
1000 24
gao '
воа
700 1,6
Баа
5аа
чаа а,в
Jao
ЛIJст
200
5
10
15 ст
Рис. 8. Зависимость fJ-д (дВст>
сердечника марки 1\ООНМИ.
%
701-~~+-~~-1-~+--+-~~
БОг---~~+---~~-+----''--+-~~
50t---t --- --+ -+ -.._, _, ---+
40t--~--+-----+-l-­
J01-~-+----~+-l"~~-+--J__~
ZOt----t-----.-i-----.;.!---+
10 1.=~-t-----+-~--+---+
о ~~~~=--~ti
-10
- 20f----1 -- -- -- -- -'1'----+--"- --+
-301----г=---+>---''г=-'-----.---+
-40~--~-~--'------'--"
Рис. 9. Темперзтуриое измене­
ние зависимости fJ-д (дВст) и
Нет (дВст), о/о.
не только разные абсолютные величины, но и разные знаки (рис. 7).
Исследовачие сердечников разных партий показало, что у боль­
шинства из них существует определенное поле, при котором темпе­
ратурные изменения практически отсутствуют. Однако напряжен­
ность этого поля различна не только для сердечников разных пар­
тий, но и часто для одного и того же сердечника при разных тем­
пературах.
Изменение /Jод и Нст того же сердечника при иэменении темпера­
туры окружающей среды имеет противоположные знаки (рис. 8 и 9).
Проницаемость /J-д при малых перепадах индукции с повышением тем-
пера туры до +100°с увеличивается, а поле Нет-уменьшается, при
больших перепаJ1,ах индукции - проницаемость уменьшается, а п1ме
u

увеличивается. Таки'>! образом, температурные изменения зависимо­
сти /l-д (ЛВет) и Нет(ЛВет) не только нелинейно зависят от изме­
нения перепада индукции, но и имеют противоположные анахи.
Кроме того, из рис. 9 видно, что абсолютные значения этих темпе­
ратурных изменений неодинаковы. Например, при перепаде индукции
ЛВет = 14 сТ и температуре +100°С изменение /l-д составляет
- 47%, а изменение Нет составляет +83%, при температуре -60°С
изменение il-д составляет +15%, а изменение Нет составляет 10%.
Несоответствие величин изменения /l-д и Нет при температуре объ­
ясняется двумя факторами. С одной стороны, поле Нет находится
в обратно пропорциональной зависимости от )-l-д, что определяет
противоnоложнь1е знаки темперwгурных изменений. С Р1ругой сторо­
ны, J-l-д и Нет нелинейно зависят от перепада индукции, что оп ре·
деляет неодинаковость абсолютных величин температурных измене·
ний. Резкий рост Нет при ·больших перепадах индукции и темпера·
type + 1ОО0С происхо,Z!.ит потому, что при этой температуре nepexo,Z!.
в зону насыщения (где Нст резко возрастает) происходит при мень·
ших перепадах инду~кцви. Рост напряженносtи пол!! 1tамагничиван1н1
при те'>lпераtуре 100°С можно объяснить и tем, 1110 круtизна зави·
симости ЛВст (Н ст) при эtом падает. Следует 01'метить, что чем
круче зависимость ЛВст(Нет), тем меньше tемпературные измене•
ния зависимости Нст(ЛВст) по сравнению с изменениями завися·
мости ЛВст (Н ст).
После исследования температурных характеристик ферритовых
сердечников нескольких марок 2000НМ1, 15ООНМЗ, lОООНМЗ,
1lООНМИ и 350ННИ ока•залось, что температурные изменения зави­
симостей ЛВет(Нст), 1-'д (дВстl и Нст(ЛВет) значительно больше,
чем температурчые из:11енения начальной проницаемости. Это объяс·
няется тем, что из-за нелинейности зависимости /l-д (Нст) темпера·
туростабильную марку феррита для работы в импульсном трансфор­
маторе можно получить только при условии получения температур·
ной стабильности таких параметров симметричной петли гистерези­
са, как коэрцитивная сила, остаточная и максимальная индукции.
На основании все го изложенного можно сделать следующие вы·
воды:
1. При ра з работке те:11пературостабильной марки феррита для
работы в импульсном режиме нужно стремиться получить материал
с малым температурным изменением коэрцитивной силы и коэффи­
циента прямоугольности симметричной петли гистерезиса, а знаки
этих изменений иметь противоположными, чтобы влияние темпера·
турных изменений этих параметров иа температурное изменение
проницаемости J-l-д взаимно компенсировалось.
2. Температурные изменения параметров сердечников с НПГ
нелинейно меняются с изменением приложенного поля или перепада
индукции.
3. При перепадах индукции, близких к индукции насыщения иа
участке, где крутизна зависимости ЛВст (Н ст) мала, температурное
ИЗ'>!енение поля Нет при +100°С, как правило, резко увеличивается.
4. Температурные изменения fJoд (Нет>• fJ-A (дВст) В Hcr (дВсr)
имеют разные абсолютные величины ввиду нелинейности 9rнх ха·
рахтеристик.
12

s) Выбор режима работы •н контроля сердечнн,ков
для нмпульсн"1х трансформа,торов
Основными параметрами импульсного трансформатора, как бу·
дет показано в § 2, являются номинальная передаваемая площадь
импульса Итfи и ток намагничивания /L:
Um tи = wSдBcr;
HLl дВст·lО- 61
IL=-w" "'
fJ-ofJ-дW
(2)
(3)
где Ит и fи - амплитуда и длительность передаваемого импульса;
w- число витков; ЛВ- перепад индукции; HL - напряженность
поля на:v~агничивания; l - длина средней линии; μ 0 - магнитная
постоянная.
Если выбрать рабочий режим с малыми значениями перепада
инду~кции на начальном участке зависимq&ти ЛВст (Н ст), где 111ро·
ницаемость частного цикла максимальна (поле намагничивания ми·
нимально), то для передачи трансформатором одной и той же nло·
щади импульса потребуется большее сечение магнитопровода и
большее число 'Витков обмотки по сравнению с режимом работы
на участке насыщения зависимости дВст(Нст). Увеличение сечения
магнитопровода и числа витков обмотки помимо увеличения габари·
тов траноформатора влечет за собой рост паразитных параметров.
Работа же на участке насыщения зависимости ЛВст (Н ст) вле­
чет за собой резкий рост поля намагничивания при небольшом уве·
личении перепада индукции. На этом участке небольшое колебание
величины перепада индукции, которое может быть связано, напри·
мер, с колебанием напряжения в сети, влечет за собой резкое
изменение тока намагничивания. Кроме того, как было показано,
при нагревании сердечника, когда перепад индукции насыщения
с увеличением температуры уменьшается, температурные изменения
поля намагничивания настолько велики (+200-300%), что возмож­
ность использования сердечников в этих режимах исключается.
Для выбора реж1има работы сер·
дечников с явно выраженной нели·
нейностью зависимости ЛВст(Нст)
даны удачные рекомендации в
{1-4]. Зависимость ЛВст(Нст)
разбивается на два линейных
участка. Точка пересечения пря· 480
мых, с помощью которых аппрокси­
мируется зависимость ЛВст:(Нст),
назваиа концом линейного участка
восходящей части зависимости
ЛВо"(Не") и имеет координаты
ЛВо и Но (рис. 10), где ЛВо явля-
А8
н
ется максимально допустимым пе­
репадом индукции. 1( этому следу­
ет добавить, что такое построение
необходимо производить, исполь·
ауя зависимость дВе"(Не"). изме•
Рис. 10. Нахождение предель·
иого значения ЛВ=ЛВо при ра·
боте сердеqника в импульсном
tраи1.:форматоре.
lЗ

ренную при ма кси ма льной т ем пературе предполага ем ого нагрева
сердечника . Конец восходящего участка зависимости ЛВс~ (Н ст)
является у частком с довольно большим перепадом индукции и
с умеренными значениями напряженности полей намагничивания и
их температурных изменений. Влияние предыстории в области ин­
дукций, близких к значению ЛВ0, почти отсутс.т.вует. Это явл11ется
еще одной из причин выбора такого рабочего режима сердечника.
Таки:v~ образом, параметры ЛВ 0 и Но могут характеризовать
предельный режим работы сердечника в импульсном трансформато­
ре, при котором влия ние насыщения сердечника сказ ывается незна­
чительно на ухудшении параметров трансформатор а.
г) Параметры феррито,вого ,сердечни1ка с НПГ
в реж·име однополярного намагнич,и-вания
Из предыдущего раздела следует, что предпочтительным режи­
мом работы сердечника любого импульсного трансформатора яв­
ляется режим , с оотв е тств у ющи й восходящему участку зависимости
.ЛВс~(Нст) . Предельным режимом являе тся режим ЛВ0 ; Но.
Следовательно , необходимо контролировать сердечники при за­
данном ЛВо нли Н0. В качестве параметра сердечника можно вы­
брать проницаемость ч а стного цикла !'-до• соответствующего точке
(ЛВо ; Но) зависимости ЛВст(Нст).
Для импульсных трансформаторов, работающих в режимах ма­
лых полей намагничивания, ко н троль сердечника в точке (ЛВ о ; Н0 )
не ·будет характеризовать па раме тры сердечника в малы х полях,
так как все зависимости (см . р ис . 2-5) нелиней ны, и степень их
нелинейно сти может :v~еняться от партии к партии . Чтобы проконтро­
J1111ровать р а·боту серд~ника в малых полях, необход и,мо проо~рять
параметры сердечника хотя б ы еще в одной то ч ке зависимости
ЛВст (Нет).
11оскольку зависимо сть 1'-д (Нст> у боль шинства ·ма рок фе рритов
имеет достаточно хорошо выраженный максимум. то пра вильнее
контролировать проницаемость частного цикла !'-д макс при по~~
Н
,
соответствующем этому максимуму. Однако некоторые
l"дмакс
ферриты не имеют выра же нного м а ксимума проницаемости 1'-д · В этом
случае можно условно измерять прониц ае мость !'-д макс при поле
намагничивания, равном коэрцитивной силе Нс. Перепад проницае­
емости !'-д макс и !'-до определяет степень нелинейности характеристик
сердечников .
Таким образом, п арам етры сердечников импульсных трансфор·
маторов можно проверить с помощью измерения проницаемости
частного цикла при двух зна чени ях напр я женности поля намагни­
чивания Нu.д
и Н0• Для р а·счета пар аметров импульсного транс-
г макс
форматора удобно использовать такой параметр, как максимально
допустимый перепад индукции ЛВ 0 • Этот параметр характеризует
значение максималь н о допустимой передаваемой площади импульса.
Он может быть вычислен из соотношения между !Jодо и Но и может
не проверяться.
14

Учитывая, что в реЗу.iiьтате влияния предыстории парамеtрьi
сердечника могут изменяться, следует ввести в качестве дополни­
тельной характеристики коэффициенты влияния предыстории ~1 и ~2:
fJ.л макс
fJ.Ao
~1 = L-LI-- ; ~2 = ~-;:;---·
г· Лмакс
г- ЛО
(4)
где fJ.' лмакс
и fJ-
1
ло - проницаемости частного цикла сердечника,
намагниченного до состояния технического насыщения.
На рис. 6-9 представлены зависимости ЛВст (Нет) для сердеч­
ников марок llOOHMИ, 1500НМ3, 2000НМ1 и 1000НМ3, измеренные
при температурах -60, +20 и +100°С. Как видно из рис. 7 и 9,
температурные изменения fJ.л, ЛВст и Нет резко растут в режимах,
близких к режимам насыщения. Это объясняется характером нара­
стания ЛВст(Нст) и Нст(ЛВст) на участке насыщения. При нагре­
вании предельно допустимый режим работы сердечника наступает
Таблица 3
Значения ЛВо и Но для сердечников различных марок,
полученные при различных температурах
+20°С
+100°с
-60°с
Марка
1
1 "··
1
феррита
лв•. 1 н•.
""ло лв•.
1 н•.
1 ""ло
•в•.
""ло
ст А/см
сТ
А/СМ
ст
Л/см
1
llOOHMИ 10 0,64 l l 10 8,5 0,6
1130 11'7 0,8
1170
1500НМ3 15,4 0,895 1380 12 0,68 1410 16,5 1,04 1270
2000HMI 14,5 0,608 1910 10,2 0,424 1920 17 0,8
1700
lOOOHM3 9, l 0,832 875 7,5 0,68,J; 880 10,5 0,863 975
·~~1,
-.
при меньших намагничивающих полях и индукциях, так как с ростом
температуры ЛВ0 и Н0 уменьшаются. При проектировании импульс­
ных трансформаторов рабочий режим сердечников нужно выбирать
с учетом ЛВо (Но) для максимальной рабочей температуры нагрева.
Эту точку можно выбрать с помощью построения, показанного на
рис. l О, или из условия получения небольших температурных изме­
нений поля Нет. В табл. 3 приведены экспериментальные значения
ЛВо и Но для сердечников марки 1lООНМИ, 1500НМ3, 2000НМ1 и
lOOOHM3 при температурах +20, +
1
100 и -60°С. Эти значения были
получены путем измерения и построения зависимостей ЛВст'(Нст)
при этих температурах, аппроксимации каждой из них двул1я пря­
мыми и нахождения точек их пересечения, как показано на рис. 10.
С точки зрения выбора марки сердечника с наибольшим ЛВо
и /.lодо и наименьшим Но наилучшими параметрами обладают марки
15ООНМ3 и 2000НМ1. Однако для сердечников, применяемых в ши­
роком диапазоне температур, часто решающую роль играет изме­
нение этих параметров в диапазоне температур.
Вернемся снова к экспериментальны:11 зависимостям ЛВст (Нст)
и определим, как изменяется поле намагничивания сердечника при
заданных ЛВо, которые выбираются в соответствии. с табл. 3. Ре-
15

зультаты определения изменения поля намагничивания Л при раз­
личных температурах приведены в табл. 4, где
Ht-H +25'С
д = Н +25'С lOOo/o.
Как видно из табл. 4, с увеличением ЛВ 0 начинается резкий
рост Нет особенно при повышении температуры. Например, для сер­
дечников марки 2000HMI изменение Нет при температуре +I00°C
и ЛВ:=l7 сТ превышает 300%, в то время как при дВо=IО,2 сТ
:Таблица 4
Изменение поля намагничивания для различных
температур и значений перепада индукции
1
1
+20°с 1 +100°с
Марка феррита АВ0, сТ Нет• А/см Нет• А/см j д, %
1
-60°С
Нет· А/см/ А, %
8,5 0,576 0,6
+4,2
0,52
-10,8
!lООНМИ
10
0,72
0,8
+11
0,625
-13,3
11, 7 0,88
1,2
+36,4 0,8
- 9,1
12
0,615 0,68
+10,4 0,65
+5,2
1500НМ3
15,4 0,895 l ,24
+38,4 0,95
+6,25
16,5 1,02
2
+95,5
l ,04
+2,34
10,2 0,423 0,464
+5,7
0.,376
- 11,3
2000НМ!
14,5 0,608 2,4
+294
0,6
-1,32
17
0,96
4
+317
0,8
-16,7
7,5 0,6
0,68
+13,3 0,535
- 10,7
10СОНМ3
9,1 0,84
0,985
+18,3 0,66
- 21,2
10,5 1,06
1,33
+24,8 0,865
- 18,7
оно составляет только 5%. Это объясняется тем, чrо крутизна ха­
рактеристики ЛВст (Нст) очень резко меняется при больших перепа­
дах индукции и повышении температуры. Следовательно, предельно
допустимые параметры сердечника должны выбираться с учетом
термостабильности.
В т.абл. 5 приведены основные параметры ферритовых сердеч­
ников, выбранные из условия получения температурных изменений
поля намагничивания, не превышающих 15% в диапазоне темпера·
тур -6О++100°с.
Изменение параметров сердечников с изменением температуры
окружающей среды не одинаково для разных режимов работы сер­
дечника. Изменение параметров при заданном перепаде индукции
ЛВ 0 и изменение параметров при заданных полях Но и Н"rд макс
имеют не только разные абсолютные значения, но часто и разные.
знаки.
16

Таблица 5
Основные параметры ферритовых сердечников
Материал
дв•• ст
Н0, А/см
"'до
1'-д макс Нl'-д макс'
феррита
А/см
llOOHMИ
!О
0,72
1110
1370
0,16
1500НМ3
12
0,615
1560
1720
0,4
2000HMI
10,2
0,423
1920
2370
0,08
IOOOHM3
7,5
0,6
1000
1100
0,2
Температурные изменения параметров сердечников, измеренные
при перепадах индукции ЛВ0 , приведены в табл. 6, а измеренные при
намагничивающих полях Н0 и Н"д
приведены в табл. 7. Значе­
г макс
ния Н1 , Н 1'-д макс и ЛВ0 задавались при испытаниях в соответствии
с величинами, приведенными в табл. 5.
Таблица б
Температурные изменения параметров сердечников
при заданном перепаде индукции
Материал
+100°с
-во•с
феррита
дВо, сТ
"'д' %
1'-д• %
Н,%
Н,%
llOOHMИ
10
+11
- 9,9
-13,3
+11,5
1500НМ3
12
+J0,4
- 9,7
+5,2
+5,1
2000HMI
10,2
+5,7
- 8,8
- 11,3
+12,5
!ОООНМ3
7,5
+13,з
-11,5
-10,7
+11,2
Для рассмотренных ферритов температурные изменения основ­
ных параметров сердечников, измеренные при постоянном перепаде
индукции и при постоянном поле, имеют абсолютные величины одно­
го порядка.
Однако та~ое сооrноше.н"е может не всетда саблюдаться даже
на восходящем участке зависимости ЛВст(Нст). Для сердечников
Таблица 7
Температурные изменения параметров сердечников
Материал
феррита
l!ООНМИ
1500НМЗ
2000НМ1
1000НМ3
при заданном поле намагничивания
Но А/см HIJ.д макс,
---~----
1
1
+100°с
1
-оо·с
'
А/см l'-д0• % / 1'-дмакс' % 1'-до' % / 1'-дмакс' %
0,81
0,648
0,424
0,6
о, 16
0,4
0,08
0,2
-7
+6,6
-12,5
+4,9
- 7,9
+7,6
-7,2
о
+7
+16
+10,5
+7,3
-6
- 17,2
+11,3
о
17

t ~ольшоii крутнзной ЛВст (Н ст) температурные Изменения Пара­
метров, измеренные при постоянном перепаде индукции, будут мень­
ше, чем измеренные при поrrоянном поле, и наоборот.
Выбор сердечника для импульсного трансформатора должен
основываться на рассмотрении комплекса его параметров. Так , не­
смотря на высокую проннщ:емость сердечников марки 2000HMI,
мак.симально допустимый переп ад индукции ЛВ0 т олько незначитель­
но превышает ЛВо сердечников, на пример, марки 1lООНМИ с более
низкой проницаемостью, нз-за худшей термост а бнльности при вы­
соких перепадах индукции . Все же для работы в небольших тем­
пературных диапазо н ах лучше применять высокопроннцае~~ые фер­
риты. Известны [25] марки ферритов для импул ьсных трансформа­
торов с проницаемостью до 10 ООО .
Таким образом, ло статическим параметрам рассмотренные мар­
ки с е рдечников примерно в одинаковой степени пригодны для работы
в импульсных трансформаторах . Сердечники марки 1 500НМЗ имеют
некоторое преимущество, так как обладают нес колько большими
з н ачениями ЛВ0 и f!-ло· У сердечников мзрки 11 ООНМИ положитель­
ным качеством являются наименьш ее влиян и е предыстории и плав­
ный переход зависимости ЛВст (Н ст) в область насыщения.
К а·к указЫ1в. а.rюс ь при расС1Мотр енин (2), с целью передачи во з ­
мо жн о большей площа д и импульса при наи м еньшем поле намагни­
чиu .~н и я и при од ном и том же :поперечном сечении сердечника и
витковы х дан н ых трансформатора следует применять материалы
с наибольшим з начением прон и цаемости частного цикла
и пере­
пада· индукци!i ЛВ0 в конце восходящего участка зависимости
ЛВст(Нс").
Различие между проницаемостью частного цикла 1-1-ло и максималь­
ной прон1щаемостью частного цикла 1-1-л макс хар а ктеризует степень
нелинейности зависимости ЛВ ст (Н ст). Когда 1-1-ло = 1-1-д макс= coпst,
зависимость ЛВст (Нст) линейна и требования, предъявляемые к аиаче_
нням 1-1-ло и 1-1-д макс• аналогичны .
Как видно из рис. 4, для большинства марок ферритов 1-1-ло :/
:/ f!-д ма кс• а зависимости ЛВст (Н ст) в различной степени нелинейны.
Рассмотрим три возможные формы за висимости дВст (Нст): одну­
лннеi\ную, для которой 1-1-д макс= \Jодо; другую - имеющую выпухлост~.
на начальном участке 1-1-д макс> 1-1-ло• и третью-вогнутую на начальном
участке, у которой 1-1-д макс< 1-1-ло· Каждая из этих зависимостей
характеризует возможное изменение формы ЛВст (Нст) после тех­
нологического процесса изготовления или в результате изменения
температуры окружающей среды .
По сравнению с линейным ходом зависимости дВст (Нст) в случае
fJ:.a макс> 1-1-ло значительно увеличиваются разброс полей намагничива­
ния при данном перепаде индукции ЛВ 0 и их тем111ературные изме­
нения, но несколько уменьшается их абсолютная величина. Когда
fJод11ЗКс отсутствует, разброс полей намагничивания сердечника и
их температурные изменения уменьшаются, но несколько увеличи­
ется их абсолютная вели11ина .
Следова'fельно, с точки Зр!!ИИЯ уменьшения разброса полей на­
магничивания сер4е ч н иков в св я зи с разбросом их магнитных ха-
18

рактеристик, а также для уменсшения их темrrературных изменений,
выгодно использовать сердечнию• с меньшими значениями fJ-дмакс ,
т. е. с большей крутизной восходящего участка зависимосrи
ЛВст (Н ст).
таким образ, .м, можно сформулировать следующие основные
требования к статическим пара'V!етрам материала импульсного транс­
форматора:
!. Для обеспечения передачп импульсным трансформатором
большей площади импульса, при меньшем поле намагничивания и
при одном и то\! же поперечном сечеt~ии сердечника и витковых
данных желательно применять сердечники с наибольшими значения­
ми проницаемости частного цикла fJ-дo в конце восходящего участка
зависимости ЛВст (Н ст).
2. Для обеспечеrшя меньшего разбро.:а полей намагничивания
сердечника импульсного трансформатора и уменьшения их темпе­
ратурных изменений лучше использонать сердечники из материала
с наибольшей крутизной зависимости ЛВст (Н ст), т. е. с наименьшим
значением !J-дмакс и наибольшим значением /J-до·
3. Для уменьшения раз·броса параметров сердечника из-за
предыстории нужно выбирать марки сердечников из материала
с малыми значениями каэрцитивной сил~,: Нс и остаточной индук­
ции Вт.
д) Расчет поля намагнич1и1ваниf! сердечника
при заданном перепаде ·индукци.и с учетом разброса
характеристик сердечнико·в, 1измеренных при заданном
поле
Расчет поля намаrничивания сердечника импульсного трансфор­
матора осуществляетсJJ с помощью различного рода линейных
аппроксимаций зависимости ЛВст (Н ст) [1-4 , 7, 26, 30, 31).
На рис. 11 представлЕ.>ны две зависимости ЛВст'(Нст): одна из
них соответствует максим&льно возможным значениям индукции,
другая - мнни!V!альным. Эти дв~ зависимости могут быть аппрокси­
!V!Ированы соответствующими прямыми: 0-7 и 0-8 при линеариза­
ции начального участка зависимости ЛВст (Нст); прямыми О-К1
и О-К2 при усреднении зависи!V!остей ЛВст (Нст) в области полей,
близких к Но, и прямыми амив-Ьмив и амакс-Ьмакс, наклон ко­
торых соответствует наклону этого учасrка зависимости ЛВст (Нс т).
В большинстве практических случаt:R в импульсном трансфор­
маторе сердечник перемагничивается импуJ1ьсом напряжения, кото­
рый создает определенный перепад индукции, например, ЛВ. Точки
пересечения прямой ЛВ с перечисленны\lи прямыми будут ОП;'Е:'де­
лять соответствующие поля намагничивания. Истинные поля нам!lг­
ничивания соответствуют точкам пересечения завис и ;1ости ЛВс т (Нст)
с прямой ЛВ-1 и 2.
Рассмотрим подробнее три способа линейной аrшрокси!>!ации,
показанные на рис. 11.
1. Линеаризация начального участка прямой линией. Н этом
случае при заданном перепаде индукции ЛВ напряженности полей
намагничивания будут определяться точками 7 и 8, которые зна­
чительно меньше истинных, соответствующих точкам 1 и 2.
2•
i11:

Действительно, аппроксимируя прямой начальный участок за­
висимости ЛВст (Н ст), мы тем самым считаем, что проницаемость
с изменением поля остается постоянной и равной проницаемости
!Joдl = Р.дмакс. Исходя из проницаемости линейного участка, напря­
ст
1.
1
Рис. ll . Зависимости
ЛВст(Нст)мин И
н
дВст (Нст) макс, соответствую­
щие реальному разбросу па­
раметров сердечников.
женность намагничивающего поля
будет соответствовать:
дВ
Н=--·
!1-л1!1-о
2. Предста ·влен.ие характери-
сти~ки дВст(Нс") усредненной ли­
нией.
Пусть известн·о, что напряжен­
ность поля проверки сердечника
Нн, лежит в области наnряженно­
стей полей, соответст.вующнх за·
данному п.риращеиию индукции
ЛВ. Линеаризируя этот участок
З/llВИСИМОСТИ дВст(Но"), !Получаем
напряженности полей на.маrиичи·
вания сердечника, ооределяемые
точками 3 и 4. Из построения вид·
но, что ·В этом случае ~разброс на·
пряжеиностей будет зна'fительи<J
меньше исти.нного, определяемОГ<J
точками 2 и / . Этот способ аппро­
ксимации дает напряженности на·
магиичивающих полей значитель­
но более близкие к истинным за
счет того, что проницаемость 11- д
линеари зованного участка соответ ­
ствует .проницаемости в области
рабочих полей :
3. Зависимость ЛВст(Нст) аппроксимируется прямой перемен­
ной наклона ймин-Ьмии и ймакс-Ьманс, напряженности полей на ­
магничивания, определяемые точками пересечения 5 и 6, наиболее
близки к истинным. Рассмотрим более подробно расчет поля на­
магничивания н импульсной проницаемости на аппроксимируемом
участке.
Аналитическое выражение аппроксимированной зависимости
ЛВст(Нст) на участке а-Ь имеет внд:
Из уравнений (5) и
= l"'t/J.ьH•, легко найти
20
(5)
(!) с учетом, что дВ0 = 11-o/J.aHa и д86 =
выражения д.ля характери~тии 1-'-д (Нет).

~д (дВст) и Нет (дВст). соответствующих этому участку эависимост
дВст (Нет):
дВ-1'-о~аНа
~ofJ-ьHь-1'-ofJ-aHa (Нь- На)+ На
Н-Н
Нь-;;а (дВь- дВа) +два
11-д (Нет)=-----------­
Н
(7)
(8)
Две nоследние зависимости представляют собой гиперболы.
Если известны параметры сердечника при двух заданных по·
лях На и Н ь, ·при которых производилась их проверка (обычно
Н.,,- . Н....4
; Н ь =Но), то расчет поля намагничивания следуеr
...
макс
производить с учетом их разброса.
Если разброс параметров сердечников при меньшем поле На.
находится в пределах от дВа мвв до дВа макс, а при большем поле
Нь от дВь мвв до дВь макс. то минимальная и максимальная на·
пряженности поля намагничивания сердечника импульсного транс·
форматора могут быть найдены из выражений
дВ-11-011-ьминНь
1
Нст (дВст)макс = fJ-ofJ-ь минНь- fJ-ofJ-a минНа (Нь- На)+ На;
(9)
дВ - 11-•11-а максНа
Нст(дВст>мин=
Н-
Н (Нь-На)+На.
11-ofJ-ь макс Ь f1-of1-a макс а
Для того чтобы режим работы сердечника в импульсном тран·
сформаторе соответствовал проверяемому участку зависимости
ЛВст (Нст) и напряженности полей намагничивания не выходили за
пределы На и Н ь, необходимо ограничивать выбор перепада ин·
дукции.
.
Из анализа (5) можно найти, что условие Н>Н а обеспечивает-
ся при
дВ-дВа
дВь- дВа;=з О,
откуда
и
ЛВ-;;::дВа макс·
Соответственно, Н~Нь при
дВ-дВа
дВь- дВа,;;;,; 1
дВ.,;;;;. дВь Мllll'
21

Таким образом, условие На <Н <Нь обес·печивается при
ЛВа маис:;;;;;,дВ:;;;;;,ЛВь м••·
(10)
т. е когда заданное приращение индукции (площадь импульса на­
пряжения) в трансформаторе соответствует условию ( 1О).
Уравнение (9) показывает, что разброс напряженностей поля
намагничивJния трэнсформаторов определяется не только разбрпсом.
по параметру ЛВст сердечников, но и разбросом по крутизне харак­
теристики ЛВс.(Нr.т), прнче;~ при очень большой крутизне зави­
симости ЛВст(Нст) разброс по ЛВа и ЛВь сердечников будет ска­
зываться малс па разбросе напряженностей полей намагничивания
сердечника в тра.t1~~":Jрматоре.
Таким образом, ,;ля 1 :Jго чтобы иметь небольшой разброс на­
пряженностей полей намагничивания, нужно стремиться получить
материал с максималыю возможной проницаемостью i.i.~ при боль-
шем поле Н ь н с наименпшей при меньшем поле На·
Как было показано, лвсr' 1-1-д и Нет• измеренные в различных
полях и при различных перепадах индукции. и:.~ек1т неодинаковые
температурные изменения, а температурные изменЕ>ния поля намаг­
ничивания могут значительно отличаться от темпе)атурных из;~ене­
ний проницаемости f1-д даже при одних и тех же значениях пере­
пада индукции, так как температурное изменение поля Н ст опре­
деляется величиной l / 1-1-д·
Таким образом, если измерение изменения параметров сердечни­
ка с температурой производится при полях На и Н ь, то это не
означает, что температурное изменение поля намагничивания будет
таким же. Расчет напряженностей п::тей на:.~агничивания сердеч­
ника в импульсном трансформаторе может производиться в соот­
ветствии с выражениями
дВt - дВаt макс
Нст(дВсr)tмин=дв
дВ
(Нь-На)+На;
(11)
Ымакс-
r•I макс
дВ1-дВаtмпн
Нет (дВст) /макс = дВ
-
дВ (Нь- На>+ На•
Ьtмин
at мпн
(12) .
где ЛВаt мии и ЛВаt макс, ЛВы мив и ЛВы макс - разброс парамет­
ров сердечников при полях На и Н ь в диапазоне температур.
Перепад индукц··1и в этом случае должен ограничиваться сле­
дующими пределами:
дВаt макс.;;;;;; дВ-..;;; дВы мЮ1 •
причем ЛВ:;;;;;,Л.R;.
Возиращансt, к рассмотренному вопросу о выборе мак::и:11аJ1ьно
допустимого пе ; 1 . :~ада индукции и режима проверки сердечника. сле­
дует дополнить его некоторыми условиями . Для того чтобы в ре­
зультате разброса параметров сердечника режим его работы и
проверки не вых:Jдил за пределы до11устимого, следует выбирать ко­
ординаты ЛВ= 1).8 0 в соответствии с рис. 10 и с учетом (13).
22

е) ~татические характе.рисtик,и феррит6вых сердечнИ·кб~
с НПГ 1при наличи·и зазора
С целью облегчения технологических трудностей намотки (на­
пример, облегчения процесса прошивки программы в трансформатор­
ных ПЗУ) часто применяются сердечники с зазором или просто раз­
борные сердечники. В [7, 8] показано, что для крупнога,баритных
сердечников из электротехнических сталей при определенном соот­
ношении величины зазора, длины средней силовой линии и задан­
ного перепада индукции можно получить значительное увеличение
проницаемости частного цикла у сердечников с зазором по сравне­
нию с проницаемостью сердечников без зазора. Такое увеличение
проницаемости частного цикла происходит за счет того, что у сер­
дечников с зазором при определенных напряженностях полей 111етля
гистерезиса меньше прямоугольной.
Ферритовые сердечники имеют меньшую прямоугольность петли
гистерезиса и меньшие значения Вт, Вт, Нс по сравнению с сердеч­
никами из электротехнических сталей. Для того чтобы исследовать
все факторы, влияющие на изменение проницаемости частного цикла
ферритЬвого сердечника в зависимости от зазора, воспользуемся
методами расчета, предложенными в [7].
Известно 1[7], что для сердечника с постоянной площадью по­
перечного сечения, пренебрегая рассеянием и неравномерностью hd-
магннчивания сердечника 1110 сечению, можно записать второй закон
К1;1рхгофа для магнитной цепи следующим образом:
F= Fм+ Fь = lНм+ 0В0,
где Н" - напряженность поля, действующая в магнитном мате­
риале; В0 - магнитная индукция в зазоре.
При отсутствии рассеяния индукция в зазоре В0 равна индукции
в ферромагнитном материале
тогда
(14)
где Н - среднее значение напряженности поля сердечника; Нр -
напряженность размагничивающего поля, возникающая при нали­
чии зазора.
Разделив (14) на В, получим:
1
1
1
Р.дэ = --;-+ l/o •
(15)
где Р.дэr= В/р.оН - эффективная магнитная проницаемость тела;
μ=B"/μof/ м =B/μof/ м - магнитная проницаемость вещества; m=
=l/6 - магнитная проницаемость формы.
Таким образом, магнитная проницаемость тела не может быть
больше проницаемости формы и проницаемости ве~ества.
23

Однако проницаемость nещесtва сер.nечннка, определяемая
основной кривой намагничивания μ=В(Н)/μ 0Н, может си.11ьно от·
личатьс я от :nроницаемо_сти ч а стного цикла
дВ
l-1-дэ=1-1-он
В(Н)-В,
-----·
1-1-оН
(16)
Возможность существенного . уменьшения остаточной индукции
В, часто позволяет значительно увеличить проницаемость частотного
цикла 1-1-д· особенно в. материалах с петлей _!Гистерезиса, близкой
к прямоугольной, как это показано в [7).
Действительно, если в сердечнике с зазором создать тот же пе·
репад индукции ЛВ=дВ'=В'(Н)-В', , то, так как В',<В,, В'<В
и соответственно поле нама·гничивания Н'м<Нм, т. е.
АВ
1-1-дэ = !J-oH"
(17)
В {7) показано, что для каждого материала, начиная с некото­
рого мак с имального з начения намагничивающего nоля и при нали ·
чии некоторой оптимальной про н ицаемости формы, получается мак­
симальный перепад индукции: чем больше зазор, т. е . чем меньше
проницаемость формы, тем больше намагничивающее поле, при ко-
Рис. 12. Диаграмма сдвига Ре­
лея для ~построения характери­
стики сердечника с зазором
~
t~ а =-l - ;~0"5'=0"К; Нм=
=0
1
A=O'E+01D, O'D= ЕА.
тором можно получить эффект увеличения проницаемости частного
цикла.
Если В=f(Нм) - магнитная характеристика сердечника без
зазора, то характеристику B'=f (Н) сердечника с зазором можно
найти с помощью диаграммы сдвига Релея (рис . 12). Здесь прямая
.ОМ
учитывает составл яющую поля Нр. Из диа граммы сдвига вид­
но, что остаточная индукция В', сердечника с зазором иепосред- ·
ственно определяется точкой О пересечения · нисходящей ветви петли·
r!lстерезиса с пунктирной прямой ОМ', представляющей еобой зер·
кальное отображ1>ние пря:11ой ОМ относительно оси ОВ. Про11ицае'•'
24

мость формы, обеспечивающая получение остаточной индукции В'"
может быть определена при Н=-Нр, тогда
-а
В',
НР=В'rtgа.=В'r-1-= m;
В',
m=-н-·р
Функция В(Н) с некоторым приближением может быть вы­
ражена в виде
В, (Нм+ Нс)
В~нс+НмВ,/Вм
Пола,гая в последнем уравнении Нм=-Нр, В=В'т, получаем:
В', ')-В',/Вт
т=Н-1- В'/В
•
с
rr
где Вт - максимальная индукция.
Рис. 13. Определение характери­
стик сердечника с зазором по
оснооной кривой намагничивания
и предельной петле гистерезиса
симметричного цикла сердечника
марки 1 IООНМИ.
1--
1
-
= о,озз.10·•. Ъ=I мк;-2- -
1
-
=
т
т
= 0 ,167.IO" •, Ъ=5 мк; 3--
1
-=О,ЗЗЗХ
т
х10·•. ъ= 10 мк; 4--
1
-
= 0,665.10·• .
т
Ъ=20мк; 5- -
1
-
= 1,67-IO·•. Ъ=50 мк .
т
вст
(18)
Для проницземости частного цикла сердечника с зазором с уче­
том ( 18) можно получить следующее аналитическое выражение:
дВ
В',
/Jодэ= дВ+2В', Нс
(19)
Однако (19) может дать только очень грубую оценку !J-Аэ• по­
этому расчет зависимостей !J-дэ от зазора при различных полях и ин-
дукциях для сердечника марки 1IООНМИ произведем методом гра­
фического построения, используя основную кривую намагничивания
и предельную симметричную петлю гистерезиса без зазора и пред­
полагая, что перемагничивание происходит на предельном частном
цикле (рис. 13). Аналогичный расчет произведен в [7] для крупно­
габаритных сердечников с большими зазорами.
25

Задаваясь величиной l/m, описанной графическим способо'11,
нетрудно определить остаточную индукцию В', се,vдечника с зазо­
ром. Полагая зате'11 инд~цию в сер.J{ечнике В=В ,+лв, где ЛВ -
заданный перепад индукции по основной кривой намагничивания
сердечника без за зора, найде'\1 поле Нм. соответствующее этой ин­
дукции. Тогда намагничивающее поле сердечника с зааором соста­
_вит:
и соответствующая проницаемость на предельном частном цикле
р.45 = дВ/-rоН может быть легко найдена. Ход расчета иллюстри­
руется таб;1. 8.
АВ,
ст
5
--
10
--
15
--
20
Таблица 8
Расчет fl<дэ для сердечников с зазором при +20•с
В=
н = !!.. /н=нт+
11.'
=
\.1.
=
Аэ
ъ. _!_.10-·
[J' ,, =В'г+ Нт,
Аэ
1
Рт•
1
+Нр•
АВ =--
мк
т
сТ
+АВ, А/см
-
μ.д
ст
А/см
А/см - μ,,Н
1+-
т
olo
12
17
0,304 о
0,304 1320 1320
1 0,033 8,2 13,2 0,224 0,362 0,26 1540 1270
5 0,167 6,1 11,1 о,168 О,147
0,316 1270 1080
10 0,333 3,5 8,5 0, 148 0,228 0,376 1070 915
20 0,665 2
7 0, 132 0,372 0,505 795 705
50 l ,t.i7
0,8 5,8 О, 12 0,775 0,895 446 415
--
------
-
---
--
оо
12
22
0,545 о
0,545 1470 1470
1 0,033 8,2 18,2 0,352 0,0485 0 ,4 2000 1400
5 О, 167 6, 1 16, 1 0,28 0,216 0,495 1620 1180
10 0,333 3 ,5 13,5 0,228 0,36
0,59 1360 990
20 0,665 2 12 0,2 0,64
0,84
950 745
50 1,67 0,8 10,8 О, 184 1,44
1,625 495 427
--
--- -- -----
--
--
оо
12
27
1,09 о
1,09 1100 1150
1 0,033 8,2 23,2 0,69 0,077 0,75 1600 1110
5 О,167 6,1 21,1 0,52 0,282 0,8
1500 965
10 0,333 3,5 18,5 0,368 0,493 0,86 1400 830
20 0,665 2 17 0,312 0,904 1,215 990 650
50 1,67
0,8 15,8 0,272 2, 12
2,48
505 395
--
--- ----
--
оо
12
32
1,88 о
1,88
850 850
1 0,033 8,2 28,2 1,24 0,078 1,28 1220 825
5 О,167 6,1 26,1 1,0 0,348 1,35 1190 745
10 0,333 3,5 23,5 0,72 0,625 1,345 1230 655
20 0,665 2 22
0,592 1, 18
1,77
900 545
50 1,67 0,8 20,8 0,496 2,78
3,27 490 350
По данным произведенных расчетов построены кривые, выра­
жающие зависимость проницаемости частного цикла от l/m и за­
зора 6 сердечника марки 11 ООНМИ с длиной средней линии 30 мм
(рис. 14). Каждая кривая имеет М!!ксимум, который соот11етствует
i9

~
-..:а
/Lлэ
5001
111
1~~
а10zoза4о1/т
а
а,иа-з r,0 ·10 -
2
о;мк
·Рис. 14. Зивисимость f.1-дэ сер­
дечника с зазором от величи­
ны 6 при 1=30 мм и величины
1/т при разных перепадах
индукции ЛВ.
2500.--~~-г-~~-,.-~---,
/L4a
!50
5001-=--+...,,;,,~4-~-J
tiB
400 0
10
1s
ст
Рис. 15. Зависимость /Jод (ЛВ)
сердечников марки 1lООНМИ с
разными зазорами !i при 1=30 мм.
1500
100011{ ь. ~
1
1
500 1' \ l::;;;;oo= 1
1 .....J
н
о
а,в 1,6 2,4 '3,ZА/ск
Рис. 16. Зависимость Р·д (Н)
сердечников марки 11 ООНМИ
с раз,ными зазорами 11 при l=
=30 мм.

ОП<гиМаJiьному зазору для дан~ной индукц11н. Одна~о дЛя малог.а­
баритных сердечников со средней лннней не более 30 ~м оптималь­
ный зазор находится в области от 1 до 5 мк, что технологически
почти недостижимо. Зависимость Р.дэ (ЛВст) сердечников марки
1IООНМИ с различными зазорами (рис . 15) показывает, что можно
по_лучить положительный эффект, применяя сердечник с зазором
Рис. 17. Определение характеристик сердечника с зазором по основ­
ной кривой намагничивания и предельной петле гистерезиса симмет­
ричного цнкла сердечника марки 1IООНМИ при температуре + IOO"C
(сплошная линия) и -60°С (пу.нктнр с точкой).
/--1-=о,озз.10-•. Ъ=I мк; 2--1-=О,167·10-•, Ъ=:5 мк; 3--
1
-=
т
т
т
=:О,33·10-•, Ъ= 1О мк; 4=-1 -=О,665·10"•, Ъ=20 мк; 5--
1
-
= 1 ,67·10· •, Ъ=
т
т
=50мк.
10-20 мк при больших перепадах индукции. На рис. 16 приведена
зависимость f'-дэ (Нст) сердечников марки 1ЮОНМИ с разными за-
зора ·ми, нз которой видно, что при напряженностях полей намагни­
чивания меньше 0,32-0,4 А/см у сердечников с зазором 1-50 мк
1'-дэ ниже, чем у сердечников _без зазора. Это явление наблюдалось
при разработке элементов с зазором для трансформаторных ПЗУ,
где поля намагничивания малы.
Интересно рассмотреть характеристики сердечников с зазором
при изменении температуры окружающей среды. На рис. 17 пред­
ставлены симметричные петли гистерезиса и основная кривая на­
магничивания того же сердечника при температурах --60 и +100°с.
На рис. 18 приведены зависимости fioдs (ЛВс") ори температурах
--6 0, +20 и +100°с.
28

Факторы, влияющие на температурные характеристики сердечни­
ков с зазором, следующие. Температурное изменение !J-дэ сердечника
с зазором и сердечника без зазора име~т один и тот же знак, если
изменение напряженности размагничивающего поля Нр мало влияет
на изменение напряженности поля намагничивания Н по сравнению
с изменением напряженности поля Нм материала сердечника. Знак
Рис. 18. Зависимость !J-дэ (дВ)
сердечника марки 1IООНМИ с
зазором 6 и 50 мк при темпера-
турах +20, + 100, -60°С.
о
5
LJB
10
15 ст
температурного изменения Нр определяется знаком температурного
изменения индукции В,, которая в подавляющем большинстве слу­
чаев при плюсовых температурах уменьшается, а при минусовых -
увеличивается. Поэтому iПрИ небольших перепадах индукции или при
небольших намагничивающих полях, где значение НР значительно
превышает значение Нм, температурное изменение !J-дэ сердечников
с зазором имеет тот же знак, что и уход остаточной индукции.
Абсолютное зна<1ение температурного изменения !J-дэ резко умень­
шается с увеличением зазора; это объясняется тем, что при боль­
ших зазорах остаточная индукция мала и ее изменение мало влияет
на изменение значения В=Вт+,ЛВ, а следовательно, значение Нр=
=В/т тоже мало меняется. При больших зазорах Нр»Нт, поэто­
му изменение напряженности поля намагничивания определяется
малым изменением напряженности поля Нр.
Проницаемость частного цикла !J-дэ сердечников с зазором часто
ошибочно подсчитывается по той же формуле, которая применяется
для расчета проницаемости на симметричном цикле
!J-д
!J-'дэ=
(20)
В табл. 8 приведены значения !J-дэ• подсчитанные по формуле
(20). В некоторых случаях это значение !J-дэ значительно отличается
от !J-дэ• найденного описанным выше способом. В итоге рассмотре·
ния характеристик ферритовых сердечников с зазором показано, что:
1) увеличение проницаемости частного цикла !J-дэ с помощью за·
зора для малогабаритных сердечников практически получить нель·
29

gя, tак как такое увеличение могло бы nроисходиtь tолько nрк
недостижимо малых воздушных зазорах;
2) у малогабаритных ферритовых сердечников (1=30 мм) с ре­
ально выполнимыми воздушными зазорами (6=20+50 мк) прони·
цаемость частного цикла /J-дэ меньше, чем у неразъем11ых сердеч11н­
ков, т. е . ниже проницаемости материала сердечника;
3) температурное изменение проницаемости f!-д; реальных разъем-
ных ферритовых сердечников меньше, чем у неразъемных, и име­
ет тот же знак, что н температурное изменение остаточной нндук·
ции материала сердечника. При больших зазорах остаточная ин­
дукция мала, и ее температурное изменение мало влияет на изме­
нение напряженн_qсти размагничивающего поля Нр, а следовательно,
и на изменение проницаемости д ;
4) расчет проницаемости fl-дэ по (20) дает заниженное значение
по сравнению с расчетом графическим методом и не отражает фи­
зической сущности явления;
5) характеристики нама·гничивания малогабаритных ферритовых
сердечников мож110 с достаточной стеnе11-ью точности считать ли·
нейнымн, 11а основании чего в качестве основного параметра сер·
дечннка можно использовать проницаемость частного цикла
/J-дэ
при определенном соотношении l/o.
2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ СЕРДЕЧНИКА
В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ
а) Схема замещения ферритов·ого · сердечнrика с НПГ
при работе s импульснgм режиме
Различными исследователями процессов, происходящих при ра­
боте в импульсном режиме мощных импульсных трансформаторов
с использованием сердечников нз листовой стали, предложена схема
замещещ1я сердечника, показанная на рис . 19,а . В этой схеме при­
няты следующие обозначения: Lл - индуктивность, соответствующая
линейной проницаемости, т. е. проницаемости сердечника при от­
сутствии потерь на гистерезис и насыщения; Lr и Rr - индуктив­
ность и сопротивление, учитывающие потери на гистерезис; Lв и
Rв - индуктнв1-1ость и сопротивление, учитывающие потери на вих­
ревые токи; Rд - сопротивление, учитывающее потери на вязкостные
процессы.
Эта схема замещения подробно рассмотрена в {7]. В от11ошенин
сердечников из электротехнических сталей показано, что технический
расчет, основанный на использовании проницаемости f!-д вместо па-
ра·метров μ" и Rг, оставляет в распоряжении конструктора некото­
рый расчетный запас в оценке результирующего тока намаrннчнва­
ння, протекающего в обмотке трансформатора. Учитывая, что пло­
щадь петли гистерезиса электротехнических сталей, которая опре·
деляет потерн на гистерезис, значительно превосходит площадь
петли гистерезиса ферритовых сердечников, можно распространить
полученные в [7] выводы на схему замещения ферритового сердеч­
ника с НПГ.
30

В импульсном режиме имеют место большие ~Ki.J(IOC -и 111:-.~енения
индукuии, которые могут вызывать протекание в сердечнике вихре­
вых токов. В схеме замещения на рис. 19,а потери н<~ ~ихревые
токи учитываются с Jюмощью ветви Lв-Rв. Однако в [7, 81 ;1,1ка­
зано, что при намагничивании кольuевого сердечника ~ сечением,
близким к квадратному, индуктивностью Lв в схеме замешrния сер­
дечника из стали можно пренебречь из-за ее малого значения и
учитывать потери на вихревые токи с помощью одного сопротивле­
ния Rв·
iai ~5iLs i.~ i"i Lr
IL
Rд
Lл
Rп
R5
Rг
а)
б)
~ f· t(~,) Jc,
б)
Рнс. 19. Эквивалентные схемы замещения магнитного сер­
дечника в импульсном режиме.
а - общая схема; б - упрощенная схема; в - упрощенная схема
с учетом диэлектрических параметров сердечника.
Этот вывод легко распространить и на схему замещения фер­
ритового сердечника, так как потери на вихревые токи в нем зна­
чительно меньше, чем в сердечниках из стали, из-за большого удел1,­
ного поверхностного электрического сопротивления.
Как показано в {2], наличие в схеме за'Мещения ферритового
сердечника сопротивления ·Rд может быть объяснено на базе каче­
ственной теории Меньюка и Гудинафа, основанной на представлении
о существовании внутри намагниченного материала uилиндрических
доменов обратной намагниченности. В этом случае проuесс намагни­
чивания из состояния остаточной индукuии +Вгь+Вт можно пред­
ставить как проuесс постепенного уменьшения радиусов доменов
обрат.ной намагниченности путем смещения их граниu. Анализ этих
проuессов указывает на то, что в схеме за'Мещения феррито·вого
сердечника они должны быть отражены •параллельно включенным
активным сопротивлением. Учитывая изложенное, можно считать,
что потери на намагничивание ферритового сердечника в импульсном
режиме с достаточной степенью точности могут быть учтены с по­
мощью двух параллельно включенных активных сопротивлен;~й
Rв и Rд (рис. 19,6). В схеме замещения они .могут быть объединены
в одно сопротивление потерь, которое равно:
RнRд
Rп=R+R
(21)
'!
{J.

Кроме того, в {1-4] указано на необходимость учитыва rь ди­
электрические свойства ферритовых сердечников с помощью парал­
лельно включенной емкости С (рис. 19,в).
Однако там же отмечено, что учет емко·сти в схеме замещения
ферритового сердечника с НПГ становится необходимым при за­
метной величине второй производной индукции по времени
d2B/-dt2~20+50(B/cм2 )/нc и малой первой производной dB/dt~
~250+500 В/нс. Поэтому часто бывает вполне достаточным пред­
ставления схемы замещения ферритового сердечника с НПГ в виде
параллельно соединенных сопротивления потерь Rп и индуктивпости
намагничивания Lст (30].
/L6 t"p ,
нс
1300
11UO 1Ю
1000 100
900 90
800 во
700 70
600 60
500 50
н
400 40
0
0,8
1,6 А/см
Рис. 20. Заннснмость постоян­
ной времени магнитной релак­
сации от поля намагничивания
сердечников марки llOOHMИ
(Ro=150 Ом/см).
во
700 70
600 60
500 50
400 40
300 30
лв
ZOO ZD
0
5
10
15 ст
Рис. 21. Зависимость постоян­
ной времени магнитной релак­
сации от величины перепада
. и ндукции
сердечников марки
llOOHMИ (Ro= 150 Ом/см).
Основываясь на приведенных соображениях для диапазона дли­
тельностей не менее 1 мкс, можно рассматривать схему замещения
ферритового сердечника, состоящей нэ параллепьно соедивенвьrх
нелинейной индуктивности Lст и сопротивления потерь Rп
(рис. 19,6). Имеются ·сведения [10], что подобная схема замещения
применяется и для сердечников импульсных трансформаторов нано­
секундного диапазона.
В этой схеме индуктивность Lст определяется проницаемостью
сердечника на частном цикле в статическом режиме:
дВст Вт-Вr
/J.- -- -
д - !J.оНст
-
!J.оНст
где Вт - максимальная индукция, соответствующая напряженности
поля намагничивания Н ст; В, - остаточная индукция частного
цикла .
32

Проницаемость !J-д нелинейно зависит от напряженности прило­
женного поля (рис. 20) и приращения индукции (рис. 21).
Сопротивление потерь в зависимости от марки материала, со­
става и технологического процесса изготовления определяется по­
теря:.~и на вихревые токи и вязкостные процессы. В качестве пара­
метра материала следует использовать понятие приведенного сопро­
тивления потерь:
(22)
где 1- длина средней силовой линии сердечника; w - число витков;
S - площадь поперечного сечения сердечника.
Постоянная времени, характеризующая переходный процесс
в схеме замещения на рис. 19,6, равна постоянной времени маг­
нитной релаксации, которая характеризует переходный процесс
намагничивания сердечника до своеrо статического состояния:
Lст !J-д!J-o
,; ---=z--
p- Rп
Ro·
(23)
На рис. 20 и 21 приведены зависимости постоянной ,времени
магнитной релаксации от величины поля и перепада индукции.
Далее будет показано, что расчет переходного процесса намаг­
ничивания сердечника в соответствии с этой схемой замещения хо-
рошо подтверждается экспериментом.
.
Однако несмотря на то, что в большинстве случаев переходный
процесс намагничивания сердечника хорошо рассчитывается по схе­
ме замещения из двух элементов (рис. 19,6), при расчете паразит­
ной емкости обмоток трансформатора необходимо учитывать ди­
электрические свойства ферритового материала.
Естественно, что у трансформаторов на сердечниках с высокой
диэлектрической проницаемостью паразитная емкость будет выше.
!!:ля получения минимальной паразитной емкости обмоток трансфор­
матора необходимо ограничивать допустимую диэлектрическую про­
ницаемость сердечника и контролировать ее.
б) Общий случай на,ма,гнич,ивания феррито,вых
сердечников с НПГ от 1источника с к,онечным значением
внутреннего С'ОПрОТIИВЛеНIИЯ
Когда генератор импульсов имеет конечное З!jачение внутрен­
него сопротивле:шя R; для схемы на рис. '22, И'Меем:
Rп(t)
и(t)=Um R1+Rпехр-~ ;
(24)
i(t) = RUm [1-exp(--t)] +~exp(--t\·
i
,;э R+Ri
,;э}'
1
(25)
(26)
3-652

Анализируя (24)-(26), можно заметить, что они легко п·риво­
дятся к · уравнениям намагничивания сердечников в режиме нде·
ального генератора напряжения и в режиме ндеалс-нзго генератора:
тока. Генератор импульсов может считаться идеальным генератором•
напряженю1 по отношению к ка тушке с феррнтовь:).{ серде'!нико м ,i
если выполн я етс я следующее условие :
j
tи,,;;;О, lт8 ;
(27)1
1
Rп;?>R;.
В этом случае (24)-(26) приводятся к уравнениям
и(t) =E=Um=const;
Umt Um
i(t) =-L-+т= ;,_ (t) + iR;
ст
п
Lст
'1:з=R;•
(28) ;
(29)
(30)
(31)
где Е-э. д. с. источника напряжения; /-время; Ит - амплитуд·
ное значение напряжения; и(t) и i(t) - мгно венные значени я на ·
пряжения и тока на обмотке сердечника в фун кци и времени нара··
г--7? ---,
i(t)
1
1
1
1
1
1
-
r---l
i,(t)! iRt 1
u,(t) : Lст Rп:
1
1
Рис 22. Зависимость постоян- .
ной врем е ни магнитной релак · '
с а цин от величины перепада .
индукции сердечников марки
1SЛ@e.J!!I!:!!J
llOOHMИ (R 0 =150 Ом/см). i
l.!1~0!!11J!.I(_ _J
j
стания д:~ительности ~мпульса; iL и. iп - мrиовенные значения н11·1·
дуктивнои и активнои составляющеи то ка намагничивания; То -
постоян н ая времени цепи.
Генератор имп ульсов м о ж ет считатьс я идеал ьным генераторо м
то к а по отношению к катушке с ферритовым Сеf-дечннком, если
выполн я ются следующие условия :
lи~тэ;
R;»Rп .
(32)
(33)
Уравнения (24)-(26) приводятся в этом случае к уравнениям
и(t) = IRп ехр(- ~,J
(34)
i(t) =l=EfRп=const,
(35) 1
а посто я"Н ная времени такой цепи та равна постоянной времени маг ·
нитной релаксации сердечника :
где μo=4n · J0-7
-
магнитная постоянная, Г/ltlj.
:и
(36)

На рис. 23 показаны формы входного и выходного И.\fпульсов
на обмотке сердечника для случаев намагничивания идеальными им-
пульсами напряжения и тока.
•
После рассмотрения приведенных уравнении переходного про­
цесса в цепи с ферритовым сердечником становится ясно, что конт­
роль сердечников возможен только в условиях, близких к идеали­
зированным.
Рис. 23. Формы входного и вы­
ходного импульсов на обмотке
сердечника при перемагничива­
нии идеальными импульсами
напряжения и тока прямо-
угольной формы.
лmл
1а.)1
1б)1
: i(t)
1
1
1
"
1
1
а - входной импульс напряжения;
б - входной импульс тока; в
-
вы­
ходной импульс тока; г - ВЬJХОДНОЙ
импульс напряжения.
n~t)I 1
~
$,
1
-r
1
1
1
1
1б)1
1г)1.
1
1
1
В этом случае амплитуды выходных сигналов определяются
только параметрами са·мого сердечника и не зависят от параметров
измерительной цепи.
в) Намаr>ничивание ферритовых сердечни1ков в реж1име
·воздействия 1импуль·сов на·пряжения
Основными характеристиками ферритового сердечника в им­
пульсном режиме являются перепады импульсной индукции ЛВ, им­
пульсного поля намагничивания Ни н импульсной магнитной прони­
цаемости :μи. Все зги характеристики изменяют свои значения в за­
висимости от времени нарастания импульса и от длительности
импульса.
·определим эти зависимости для случая намагничивания сер­
дечника идеалы;ым импульсом напряжения прямоугольной формы
и рассмотрим взаимосвязь статических и импульсных параметров.
Выражеаие (29) перепишем в виде
dB
и(t)= wSdt=Um.
(37)
Из (:37) найдем:
дr1rит
jdB= wSJUmdt= wSt,
(38)
о
о
отсюда
дВ
дВ(t)=Тt,
н
(39)
Гite ЛВст - достигнутое приращение индукции эа время действия
импульса, равное заданному статическому значению.
3*
35

nодставляя (37) в (30) и преобра з уя, получаем:
dB
wSdГ=R[i(t)- iL(t)],
отсюда
(40)
(41)
где Ни - поле на·маrничивания сердечника при воздействии нмnуль­
са н а пряжения малой длительности ; Н ст - поле намагничивания
при д остаточно большой длительности импульса, равное статическо­
~1у з начению .
Инт е ресно от:11етить , что (41) соответствует выражению , по­
л уч е н но м у в '[1-4) для схемы замещения нз трех элементов.
Зная з ав ис и:11ость i (t) из (30), подставляя в него (23) и (39) ri
преобра з овывая , найдем выражение для изменения поля намагни­
чивания в з а висимости от вре~1 е ни нарастания длительности н:11-
оул ь са:
.
лвстtl
"tp (t) J
ни (t) = /J-?f1-д (t) т,; 1+ -t-
(42)
dIO\
t[
'tp (t) J
t
Ни (t) = Нет (t)-t- 1 +-t- = Нет (f)-t- + НR·
и
и
(43)
Амплитудное значение поля намагничивания при t = tн
лвст( 'tp\
Ни =-- 1+-t- ;= Hcт+HR,
jJoo!J-д
и/
(44)
где Н R - нап ря ж ен ность пол я 111отерь , определяемая активным со­
противлением 13 схеме замещения:
лвст
HR=Т-R•
(45)
и о,_
На р ис. 24 приведены совм е щенные во •времени зависимости
H(t) и Н с т(t) при длительно сти импульса напр я жения fи=О,2 мкс
и при длител1>ности импульса fи=2 мкс, ;рассч ита н ные по (41),
а также зависимость Нс т (.ЛВст) . Для каждого 'Момента времени t
подсчитыв а ло сь до с т и гнутое значение ин д укции ЛВст и по кривым
рис. 21 определяли с ь проница е мость !J-д и постоянная времени ре-•
лак са ци и Т р , с оответствующие этому значению инду11щии. Прираще­
ние индукции з а ·вр е мя действия всего импульса ЛВст в обоих слу­
чаях сост а вляло 20 сТ . Приращ ен не инд укции н ара стает л инейно
с нараст а нием времени действия импульса, по этому зависимости
Ни(t) 11 Нст(ЛВ с т) носят один и тот же характер.
В началь н ый .момен т времени напряженность поля (ток) на­
магн ичивания изме ня етс я с-качком
36
ит.
i(O) =IR= у•
ДВст •
Нн (О) = HR=-Г-R
ио

Как видно из (43) и рис. 24, напряженносtь nоля намагн11чн·
вания сердечника в импульсном реЖиме в любой момент времени
действия импульса больше- напряженности поля Нст на постоянное
значение, равное Ня.
Напряженность поля Ня находится в обратно пропорциональ·
ной зависимостJL от сопротивления потерь. Следовательно, для
уменьшения Н я При конструировании импульсных трансформаторов
выгодно использовать сердечники из .VIатериала с большим Ro.
i, Н1
АAI
OJ5 '/СМ
1
ЦJО ~61-----+-------1----+-----1~~~~-~
~
~Z5 ~01-----+-------1----+--_,___,11-+--.с....а
o,zo z,цо------+----+--­
о,15 1,8 t-----t-- --j - --
0,10 1,z 1----+---:::;._..~-1--'-'--'~~-....::..:..--г------1
10
15
ZO JЗВ,сТ
0105(0,5) О,1(1,О) О,15(1,5) O,Z(Z)t,мкG ''
Рнс. 24. Зависимость поля намагничиваrния от времени
нарастания импульса при длительности импульса 0,2 и
2 мкс и зависимость поля намагничивания от величины
перепада индукции в статическом режиме (ЛВ = 20 сТ).
Разброс импульсных полей намагничивания Ни может превы·
шать разброс статических полей намагничииания Но", так как он
определяется не только разбросом статических параметров сердеч·
ника при полях На и Н ь, как ,было показано 'В § 1,д, но н сопро­
тивлением потерь Ro. Разброс значений Ro и Р.д определяет разброс
постоянной времени магнитной релаксации от Тр.мив до Тр.макс·
Учитывая (9), расчет амплитуды импульсных 'Полей намагни­
чивания с учетом разброса параметров сердечника должен произ­
водиться по следующим формулам:
Ни.мин= [лвдВо-_!.:а;акс (Нь+На)] (1 + -срЬ;ю1 ) ; 1
Ьмакс
амакс
и
.
[ дВо-дВамин
]
~
Ни.макс= дВь -дВ (Нь+ На) Х
{
х(:+ '~~:}
j
(46)
37

Для приращения индукции, достliгнуtой за время действия llм•
пульса напря~ния, из (44) найдем уравнение для расчета импульс­
ной проницаемоС'NI:
'\;
1+-р
tн
(47)
Таким образом, импульсная проницаемость находится и фу.ик­
циональной зависимости от проницаемости частного цикла, времени
магнитной релаксации и длительности импульса.
Выражение (47) может быть записано в виде
(48)
где μп =трμи/tи - проницаемость потерь.
о
о,~
1,5 z,o ннс
Рис. 25. Зависимость 11мпульсной
проницаемости μи от длительно­
сти входного импульса напря-
жения.
Сплошная линия - зкспернмеит, пунк ·
тирная - расчет.
1,0
о,в
0,6
о,ч
о
JLи/JLд.,,.....-~
"
11
5
tиftp
15zo25
Рис . 26. Зависимость относи­
тельного значения импульсной
проницаемости μ"//J-д от отно­
сителыюго значения ддительно-
сти импульса напряжения
tи/Тр.
Пользуясь выражением (47) и кривыми, приведенными п:i .
рис . 20, можно построить зависимость импульсной проницаемости
μ 11 от длительности импудьса . На рис . 25 представлены экспери­
ментальные и расчетные зависимости μи=f(tи). Характер кривых
соответствует полученным ·В {5]. При длительности импульса напря­
жения tи>>тр, /J-и ~ !J-д·
На'"'рис. 26 приведена зависимость относительной импульсной про­
нпцаемости f-1-и/f-1-4 от относитедьной длитедьности импульса, рассчи-
танная по (48). При ддительности импульса iи<5тр начинается рез­
кое снижение импульсной ·проницаемости по отношению к проницае­
мости частного ~цикла. При iи=2тр импульсная проницаемость ров­
но наполовину меньше проницаемости /J-д. Это означает, что поле
намагничивания в ,импульсном режиме в 2 раза выше поля намаг­
ничивания в статическом режиме, а активная и реактивная состав­
ляющие поля равны. При длительности и.мпульса tв = '20 Тр импульс­
ная проницаемость составляет 95,3% проницаемости частного цикла.
38

Сдедовательно, при tи~20 Тр можно с достаточной степенью точ­
ности считать 1-1-н = f.L.t• а режим намагничивания - эквивалентным
статическому. Таким образом, при выборе ферритового сердечника
для импульсного трансформатора надо стре'.1иться к тому, чтобы
длительность импульса значительно превышала постоянную времени
магнитной релаксации.
г) Намагничи1вание ферритовых сердечни·ков с .НПГ
~
11.
1
в ре>Юиме воздеист·в·ИЯ прямоугольных импульсов тока
В режиме воздействия импульсов тока основные характеристики
сердечника можно получить из (24)-(26).
Выражение (24) перепишем в виде
(49)
Тогда
dB = !Rп ехр (-_t) = дВст ехр(--t)·
dt
wS
'tp
'tp
'tp
(50)
Теперь найдем выражение для нарастан"я перепада индукции
в функции времени
д8
t
S
rДВст ( t)
dB = J_'t_P _ ехр\. --:с; dt;
о
о
дВ (t) = ЛВст[ 1 --ехр - :Р)].
(51)
Намагничивание сердечника происходит по Э'Кспоненте, при t~
~5 Тр перепад индукции ЛВ ~ ЛВст· На ·РИС. 27 приведены зависи­
мости и(t) и B(t), рассчитаt~ные по (49) и (51) для сердечника раз­
мером 10 Х 6 Х 2 с постоянной времени релаксации Тр=50 ;i~ и
Р.д = 1100 при воздействии идеально прямоугольного импульса тока
с амплитудой 1 А (w=l).
Импульсная проницаемость в режиме воздействия юшульсов
тока может быть найдена из (51) :
р. (t)= --= -- 1-ехр --
дВ(t) ·ЛВст [
( t)]
и
fJ-oH
!J-oH
'tp
(52)
Таким образом, импульсная проницаемость, так же как и ин·
дукция, экспоненциально нарастает во времени. При t~5 Тр она
цостигзет значения, равного значению .статической проницаемости
qастно·го цикла, соответствующего напряженности приложенного
39

поля Н. Максю1альное значение перепада инду.1щии и импульсной
проницаемости, достигнутое за время действия импульса, следующее :
(53)
(54)
При длительности импульса fи<5'fp .максимальные ,ЛВ не успе­
вают достигнуть своего статического значения. Так, при длительно­
сти импульса fи='tp максимальное значение ЛВ=О,63ЛВст, а мак­
симальное значение μи=О,63 1-'-д· На рис. 28 приведены зависимости
t
50 100 200 JOO нс
относительных максимальных
значений μи 'И ЛВ в зависимо­
сти от относительной длитель­
ности ИМ!fIУЛЬIСа fи/'tp .
Л егко заметить, что (52)
может быть lflредставлено в ви­
де ~вух хом 11юнент:
1-'-и (t) = /J-д - fJ-R , (55)
Рис:. 27. Зависимости и (t), дВ (t)
И fJ-A (t).
где проницаемость потерь
1-'- R (f) = fJ-д ехр (--
1
J.
'tp J
(56)
Если компонента (J-д с иэменени ~ м времени остается постоянной,
то компонента fJ-R с увеличением длительности импульса уменьшается
по экспоненциальному закону и при длительности импульса fи=
=5'tp μн практически равна нулю, а импульсная проницаемость
равна проницаемости частного цикла. При очень малых длитель-
5
Рис. 28. Зависимости макси­
мальных значений относитель­
ных величин дВ/дВсr, fJ-и/fJ-д и
fJ-R/fJ-д от относительной дЛИ­
тельности импульса напряжения•
иостях импульса fи:o:::;O,l'tp можно считать, что импульсная прони­
цаемость определяется только проницаемостью потерь, которая
в этом случае может быть выражена следующим образом:
t
Rot
iJ-11 (t) ::;:,,, /J'д -:С-::::::~:::::: iJ'R (t).
р
гО
(57)
4Q

д) Намагничивание ферритовых сердечников с нnr
импуль1сом напряжения неидеально прямоугольной
формы
Ранее рассматривались процессы в сердечнике, вызываемые
действие:v~ на его обмотку строго пря:v~оугольных импульсов напря­
жения или тока. Однако представляет практический интерес произ­
вести оценку влияния формы действующего импульса напряжения
на значение и характер тока намагничивания и формы действую­
щего импульса тока на значение и характер импульса напряжения
на обмотке сердечника.
Рассмотрим влияние формы импульса напряжения в предположе­
нии, что проницаемость fJ-д = coпst и Ro = coпst, т. е. индуктив-
ность и сопротивление в схеме заме­
щения линейны. Пусть импульс на­
пряжения имеет форму, показанную
на рис. 29, и нарастает по закону
ит
u(t) =
-t-t,
ф
а приtФ<t<f8
и(t)=Um=coпst.
За ~время нарастаНlия фронта им­
пульса напряжения изменение ин­
дукции в сердечнике определяется как
dB
Ит
Ри<:. 29. Форма импульсов
напряжения и тока, близкая
к реальной.
&=twSt;
ф
(58)
(59)
Общее изменение индукции за время f= fи
(60)
Таким образом, при воздействии импульса напряжения с конеч­
ной длительностью фронта перепад индукции 'Меньше, чем при воз-
41

=--г--
1
/
11
1/
1/
Иm1
I/
11
1'
1
·_
___;..::..........:...
t
а,5
мхе
действии JiдeaJiьн6 •прЯмоуrоJiьно ­
го юl'Пульса той же длительности.
На р·ис. 30 ~приведены завнсим:>­
сти ЛВ (•t), рассчитанные по (39)
и (60).
Рис. 30 . Зависимость ЛВ (/)
при воздействии на сердечник
идеально прямоугольного им­
пульса напряжения и импуль­
са с временем нарастания
Теперь расомотрим, как влияет
ко нечная длительность ·111ередне­
го фронта имmульса ·напряжения
н а ток и на1пр я жен·ность 111оля
н а магни-чива•ния сердечн111ка. По­
ско л ьку i(t) •и H(t) связаны друг
с дру.гом через IПОСТОЯННЫЙ коэф ­
фиц иент, зависящий от числа вит­
ков и длины средней силовой ли­
нии, то ~н а ра с тание тока на'МагнИ­
ч ива· ния 11 111оля ·на1ма·ГНИЧ'И ·вания
будет П'рои с ходить ·по одному за­
ко ну.
fф= 15 мкс.
Из (44)
.
и,,,( t)
, <') =т 1+-:t; ;
wi (t)
"tp (
t)
Н(f) = -z- = НстТ:: 1+~ ·
Зная i(t), всегда легко найти H(t). Рассмотри1м .переходный
процесс намагничивания сердечника импульсом напряжения трапе­
цеидальной формы для i(t). Применим к (44) интеграл Дюамеля
и после преобразований найдем :
(61)
(62)
а при t2 <t<fи нарастание тока !jамагничив а ния будет следующим:
и,,, t-tф
i(t)=--- ·
R "tP
(63)
Общее выражение для амплитуды тока намаrничива ·ния при
воздейс"Г в ии импульса ~напряжения непрямоугольной формы при
f=fи
(64)
Относитель н ое значеаие тока намагничивания при ·намагничива­
нии сердечника импульсом напряжения неидеально прямоуrольной
42

формы к току намагничивания при воздействии идеальным импуль­
сом напряжения будет •Определяться следующим выражением:
/' Н'
т=--н-= 1 -
(65)
очевидна зависимость от длительности фронта импульса напряже­
ния, постоян.ной времени магнитной релаксации и соотношения дли­
тельности импульса и длительности фронта. На рис. 31 111риведена
зависимость относительного значения тока намагничивания в зави­
симости от относительного значения длительности фронта импульса
напряжения, построенная в соответствии с (65). Отклонение тока
намагничивания, получаемого при воздействии реального импульса,
от тока намагничивания, получаемого при воздеЙ'ствии идеально
прямоугольного импульса, тем больше, чем больше превышает дли-
1,0~~~~g!~
0,9~
о,в 1---'\-f~----'1"-....,--+---="f--=-1
Ц7t--~'\l----=-~f----::--P"""="--!--:::-~
о,в 1---/ -:J_ - - +- '"'7 - -+- - -f.... ..:-1
0,51-----. -' -- -+ ---t --- -+ -- --+
о,ч
о,зоz46
в
10
Рис. 31. Относительное значение
тока намагничивания в зависимо­
сти от относительного значения
длительности переднего фронта
импульса напряжения и его отно-
сительной длительности.
z
Рис. 32. Относительное значе­
ние тока намагничивания в за­
висимости от относительного
значения длительности импуль-
са напряжения.
телыность фронта импульса постоянную времени магнитной релак­
сации и чем короче длительность импульса. Следовательно, требо­
вания к уменьшению длительности фронта им·пульса tФ будут те>~
меньше, чем больше длительность им1nульса fи. Так, для относитель­
ной длительности импульса fи/fФ =40 при f ф/tp<2 ток намагничи­
вания будет ие более чем на 5% меньше тока, получаемого при
воздейс:rвии идеально прямоугольноrо импульса, а для fи/fФ =2 это
же соотношение токов можно получить лишь при tФ/tp,;:;;;0,2.
Изменение относительного значения тока намагничивания 01
соотношения длительности имnульса fи и длительности фронта fФ
при различных значениях tФ/-т:р показа.но на рис. 32. При увеличе­
нии длительности импульса по сравнению с длительностью фронта
tФ отношение токов /'// -+!. При fи/fФ<5 сказывается влияние
постоянной времени магнитной релаксации. Чем больше значение т 1"
тем больше уменьшается ток намагничивания /' с уменьшение:>'!
соотношения fи/fф. Наибольшее влияние значения iиffФ происходит
при чисто ин~д~ктивной схеме за1мещения сердечника, т. е. когда
Rп-+OQ,
43

Легко найти в этом случае
1'= ~т (tи-ti);
(66)
/' Н'
tФ
т=н-= 1 -и·
и
(67)
Рассмотрим теперь влияние спада плоской части импульса иа
значение и характер изменения индукции и тока намагничивания.
Пусть
д
e(f)=Vm--t -t ,
и
тогда
и
dB
д
wSdt =Ит- -t- t
и
t
дВ(t)= ~s 5(ит- ~и t)dt= ~s (umt- ~~
2
)-
о
.М.аксимальиый перепад индукции nри этом
1
ЛВ= wS (Ит-д)t.
(68)
(69)
(70)
Следовательно, наличие спада плоской части импульса приво·
дит к уменьшению перепада индукции. Зав!!'Симость ЛВ (t) при воз·
действии идеально прямоугольного импульса с амплитудой Ит=
1
1
1
1
U111 1
1
1
1
Рис. 33. Зависимость ЛВ(t) при
воздействии на сердечник
импульса с идеально прямо­
угольной вершиной и импуль·
:а, имеющего значение среза
Л=l,5 В.
1" o,z
О,4 016
tn
о,вмк:I
=15 В 11 11:vшульс11 со спадом 11лuской части Л=l,5
рис. 33.
Ток намагничивания в этом случае
i(t)=- t+-
.
д( f2)
t8S \
2-i:P
Амплитудное значение тока намагничивания
Ит( fи\ д( tи)
1'=~ 1+-
-- 11+- .
R
-i:P) R \
2'tP
44
В показана на
(71)

.Относительное значение тока намагничивания при нама['ничива­
нии сердечн.нка импулЬ1Сом напряжения со спадом плоской части
импульса к току намагничивания при воздействии идеальным им­
. пульсом
на•nряжения будет определкться следующим выражением:
/' Н'
д 1+ t11/2'tp
Т=Н=1
-
Um 1+tи/'tp •
(72)
Как видно из рис. 34, при Л/Иm=О,5 ток намагничиваник умень­
шается не на 50%, а несколько .меньше, в зависимости от соотно­
шения fи/тр в пред_елах О'Г 35 до 25%. В соответствии с требования­
ми относительное значение среза при проверке ·серде<rников не долж­
но превышать 5%. В этом случае уменьшение тока намагничивания
Рис. 34. Зависимость относитель­
ного значения тока намагничива·
ния от относительного значения
среза импульса при различных ве­
личинах относительной длительно-
сти импульса.
~о
o,g
0,8
0,1
о,Б о
I'/I
-
... --
r
5
d!U-=00
1
~/Um=0,5;,
1
1
10 15
о
'й.1
~03,05
0,2
tнf<r:p
zo Z5
Рис. 35. Зависимость относи­
тельного значения тока намаг­
ничивания от относительной
длительности импульса при
различном относительном зна-
чении среза импульса.
будет составлять около 3% по сравнению с током намагничивания
при идеалыно прямоугольной форме импульса для широкого диапа­
зона изменения fи/тр. На рис. 35 представлена зависимость отно­
сительных значений тока намагничивания от длительности импуль­
са, из которой видно, что уменьшение тока нама·гничивания можно
считать одинаковым и не зависящим от постоянной времени релак­
сации для Л~О,!Иm.
В итоге рассмоТ\рения процесса перемагничивания ферритовых
сердечников <: НПГ импульсами напряжения не11JДеалыио прямоуголь­
ной формы показано, что:
1) ток ,намагничивания зав·исит от длительности фронта импуль·
са напряжения тем больше, чем больше превышает длительность
фронта импульса постоянную времени маги.итной релаксации и чем
короче длительность импульса. J];ля получения тока намагничивания
·такого же, ка!К и при возр;ейств11и идеально прямоу:гольного импуль­
са напряжения, необходимо, чтобы ·выполнялось условие tФ<тр или
fи/тр>40;
2) ·чем меньше постоянная времен.и релаксации сердечника
(Rп-+-оо), тем в большей степени играет роль неидеальная форма
импульса;
45

3) импульсная индуюция дВ 1 при воздействии неидеально пр>t
моуrольноrо импульса на11ряжения меньше, чем при воздействии
идеально прямоугольного им·пульса;
4) аналогичное влияние оказывает срез на вершине импульса
напряжения. Влияние ереза становится незначительным при д/Иm ~
~О.05 ;
5) неидеальная форма импулыса на·пряжения влияет на точность
измерения параме11ров сердечников.
е) НамагtfИЧ·ивание ферритового сердечника
с НПГ ~импульсом тока неидеально прямоугольной
формы
Пусть ток, воз·действующий на сердеч1ник как ф у нкция времени ,
оПJИсываегся следующим образом:
1
i (t) = -t-t при o.;;;;;-t < tф;
ф
i(/)~=/ приtф<t<tн,
что соответствует форме импульса так:а . показан н ой на рис . 29.
Определим напряжение на обмотке сердечника, пользуясь ин­
тегралом Дюамеля, исходя из выражения (49) для и (t):
t
u(t)=S_! _R ехр(- t-y )dy=
tфn
'tp
о
=
/
~Ф'tp [ 1- ехр(- :ФJ]=
1
~[1- ехр(-
't:)]•
(73)
А·мплитуда напряжения на обмотке сердечника , учитывая (73) ,
примет вид:
IRn 'tP l (tФ)]
Ит=fф 1-ехр -~ ·
(74)
Рассмотрим, как меняется (74) пр.и изменении 011иошеиия tФ/'fp·
Пусть импульс тока имеет фронт нарастания, ПiрИ котором удовле­
творяется неравенство fф/'fp~O.l, т. е.
1-ехр (-~):::::::: :Ф ·
(75)
'tp
р
Подставив {75) в (74), получим:
IR0~ tФ
Uт=:: - 1
-
-;- :::::: / R0 •
(76)
rЬ
р
Из (76) вытекает, что при тр» tФ ам.плитудное значение на­
пряжения на обмотке сердечника не зав\!'Сит от индуктивной со­
ставляющей схемы замещения (проницаемости частного цикла сер­
дечника) и определяется только активной составляющей Ra.
46

Теперь расс:11МрИ\1 случай, коtда длительность фронта gнач1t•
тельно превышает постоянную времени магнитной релаксации так,
что у дJвлетворяется следующее соотношение:
lф/Тр~5,
тогда
1- ехр С-~Р)~1,
(74) может быть преобразовано к виду
(77)
При большой длительности на1растания фронта импульса тока
амплитуда напряжения определяется только индуктивной состав­
ляющей схемы частного цикла замещения сердечника (проницае­
мостью сердечника) .
Таким образом, дЛя И':ll·
пулl!Са тока 1с коротким фро11-
то:11 схема замещения сердечни­
ка может .быть чисто а1Кти1вной,
а для импульса тока с очень
затя~нутым фронтом - чисто
~ндуктивной. В промежуточных
случаях играют роль обе со­
ставляющие схемы замещения.
На ;рис. 36 [Jрнведены зависи­
:11ости аlМ[JЛИтуды напряжения
!!а выходной обмотке Ит1 UФ)
и Иm2UФ), ра'СсЧIИта:нные по
(74) [JРИ воздействии импульса
тока 1А (w = 1) на сердечникс
размерами 10Х6Х2 и временем
:11агнитной релаксадИ'И Тр =
=0,05 мкс и 1На •сердечник
с временем ма111нитной рела1Юса-
1щи Tpzi=0,01 мкс. Оба сердеч­
ника имеют одщнаковую 1Маг-
1I1итную проницаемость 1100, но
разные э1начения [Jриведеиного
сопротивления потерь Ro1 =
=280 Ом/ом и Ro2= 1300 Ом/см.
Кроме того, построена зависи­
мость Иmз(tФ) для случая чи­
сто индуктиВ1Ной схемы заме­
щения (R-+oo) и двух ЧIИСТО
активных схем замещения с
6
Z5
zo
15
10
5
а
и
,Um5
,., -Umi
vUmз
t
,Uтч
1~ ~т1_
а,1
,_
-
trp
o,z
а,3 мне
Рис. 36. Зависимость Ит (tФ) при
1=1 А для сердечника размера
10Х6Х2. Ит1 для t:p=0,01 мкс,
Ит2 ДЛЯ Тр=О,05 МКС, Итз-Rо=
=оо, Um4-Ro=2800 Ом/см, L-
отсутствует, Итs-Rо= 1300 Ом/см.
R1 (Ro1 =1280 Ом/ом)-Um, (tФ) и R2(Ro2= 1300 Ом/см)-Иm 5 (tФ). При
fФ-+0 зна-чеиия Ит1 и Om2 равны значениям Иm4 ·и Иms соответ­
ствен·но, а llIPH fф-+0 обе зависимости Иm 1 (tФ). Иm2 (tФ) сливаются
с зависимостью ИmзUФ). Следует отметить, что при tФ-+0 аеl'lпли­
туда Иmз-+оо.
47

Относительное ltзменение амшtиtу.ztы напряжения на о6мо11(е
сердечника И' т по сравнению с амплитудой, получаемой при воз­
дей,ствии идеально прямоутольного импульса И т:
И'т
/Rп'tP r1- ехр ( --{;)]
ит=
tф/Rпехр (- :Р)
= -2_ [1-ехр( __
t \J·
tф
\ 'tp)
(78)
Эта зависимость приведена на рис. 37. С увеличением fф/Тр
011носительное значение амплитуды на1пряжения уменьшается и при
tФ И'т -i:P
->5--::о-..-•
'tp
Ит ---= 1Ф
1,й ~~---------~
Ц9~-'--+---+--+----+--~
а,в
0,11--~..+----+---~--l-----I
D,6
0,5'----'-_,.-'---'-----'--~
а,ч
0,31---+~-+--=~о--+-~
a,z
а,1 0
z
Рис. 37. Относительное значе­
ние амплитуды напряжения на
обмотке сердечника в зависи­
мости от 011носительного значе­
ния длительности переднего
фронта импульса.
Теперь рассмотрим изменение напряжения на обмотке сердечни­
ка как функцию времени.
При O<t<tФ и (t) описывается (73), а при fФ<t<ta
(
t- tф)
u(f)=IRпexp -~ ·
(79)
В соответствии <: (73) для O<t<tФ и (79) рассчитана и по­
строена форма импульса иа обмотке сердечника (~рис. 38). Одно­
временно на этом рис)'нке представлена осциллограмма наn,ряжени_я
Рис. 38. Осциллограмма напря­
жения на выходной обмо'М<е
сердечника из [!] - сплошная
линия и расчетная зависимость
и (t) - пунктирная линия.
48

из fl). Расчеt .nроизмдился мя сердечннt<а раЗ1мера 7 Х 4 Х 2 nри
воздействии на него импульса тока с а:vгплитудой 2,2 А и длитель·
ностью фронта 8 нс, что соотве"ГСтвует режиму в [1]. Кроме того,
для расчета была выбрана та же постоянная времени магнитной
рела.кiсации 'tp=35 нс, которая была найдена из условия, что в мо­
м~нт времени, когда амплитуда на1пряжения уменьшается в е раз,
f='tp. Форма напряжения в обоих случаях достаточно близка друг
к другу. Расхождение может быть вызвано отклонением формы
им.пульса тока от трапецеидальной наличием емкостной составляю·
щей в cxe:vie замещения и погрешностью фотографирования и совме­
щения. Однако достаточно малые расхождения между расчетной
зависимастью по (73) и (79) и осциллограммой из [1] позволяют
считать возможным пользоваться схемой замещения, состоящей
только из индуктивности и сопротивления.
Перейдем к рассмотрению п1роцесса нцрастания индукции при
неидеально прямоугольной форме импульса тока.
В СОО'ГВеТПВ'ИИ С (73)
и(t)= wS~~=
/
~ll- ехр(- :Р)J,
отсюда
.!!:!!_=~ [1-ехр (--t)1=
dt
wStФ
'tP
дВст [
( f)]
=--т,р 1-ехр\ -~ •
(80)
тогда
Отсюда дЛя момента времени О <t<tФ
дВ(t)=дВСТ {+- ;р [1-ехр(--1 1]\ (81)
фф
'tp/ !
В момент времени t = tФ
дВ1tФ=дВст {1- ::
(82)
Перепад индукции ЛВtФ за время f=tФ зависит от соотноше­
ния длительности фронта импульса тока и значения постоянной вре­
мени релаксации. При очень коротком фронте иМIПульса тока, когда
tФ<'tp~O,I,
(83)
4-652
49

Начliная с моменtа време н и f>fФ нарасtанне llнд)lкции ~y 1ter
прои·сходить в соответстви с (51) :
дВ(t)~=дВСТ[1- ехр( - t 'Срtф)] •
(84)
На рис . 39 приведена зависимость дВ (t), ра·осчитанная в соот·
ветствии с 1(82) для ·f<fФ=8 нс и в соответатвии с (84) для t>
>tt для сердечника с лостоян·
Н, t!В,
А/см сТ
z,ч 15!;;;;=;~~~=;::::+==-1
н
ной 'Времеll'И рел:аксации 'tp=
=20 нс, с размерами 7 Х4Х2 н
ЛВ=17;50 сТ при действии И\\·
пулыса [!Оля 2,15 А/см. Одю ·
време·нно на этом же рисун·ке
пр11ведена зависимость из [1].
измере 11ная в том же реж1име.
Совпадение экоперименталыной
кривой, полученной ·в [1] и рас­
считанной по (82) и (84), до·
статоЧJно хорошее, что еще раз
под11верждает возможность ис­
пользова1н•ия схемы за1мещения,
ао
50
700
состоящей из индуктивности и
150 мкс сопротивления . Итак , при рас­
Рис. 39. Зависимость ЛВ (t) из
{1] - пунктирная линия и расчет­
ная зависимость - сплошная ли-
ния.
с<М отреюrи
п еремагшичиваниs1
ферритового серде<rника с НПГ
импульсом тока трап ецеидаль ·
ной фор·мы показано , что :
1) амплитуда выходнtrо
напряжен·ия при tФ/tp .;;;;О,1 оп­
ределяется сооро-rивлением потерь, а при t Фf'tp ~5 проиицаемосrыо
част:ного цикла fJ-д. В промежуточных случаях она за·Dисит от обоих
па;ра :-.~етров 'Сердечника . Следователыю, nрове·рку ферр·итовых сердечни­
ков по значению fJ-д можно произвоАить импульсом тока, у кота­
. рото
tФ/'tp~5;
2) .с увеличением tФ/'tp ам·плитуда выходного напрqж~;шя
уменьшается;
З) нарастание индукции в зависимости от времени ·дей ::·i 1н1 я и:-.1-
пул1:1Са происходит в соответствии с (82);
4) 'Зависимость и (t), рассчитанная по (73) и (79), и .;-: ":-~лло -
грам:-.~а и (t), полученная в .[1], совпадают достаточно хорошо. Этu
подтверждает возможность использования схемы з амещения нз двух
элемеитав : индуктивности и сопротивления .
ж) Потери энерг.ии в ферритовом сердечнике с НПГ
при однополярном намагн.ичиван·и1и
Извест.но [1-8], что наиболее точно е определение потерь энер­
гии в сердечнике может быть осуществлено по данным импульсной
петли гистерезиса частного цикла. Если Н - суммарная напряжен­
ность поля, созд<Iваемоrо обмоткой· трансформатора, а дВ=f(Н) -
аналитическое вы:раженне импулЬС1Ной петли гистерезиса, то потеря
50

::~нергии за один полный цикл составит:
т
W=juidt= VфНd(дВ),
о
(85)
где V - объем сердечника; входящий в (85) интеграл представляет
собой площадь импульсной петли гистерезиса.
Строгое аналитическое определение потерь связано с громозд­
кими вычислениями и пра!Ктически не является рациональным. До­
статочно точная для практических целей оценка потерь эиертип
в сердечнике может быть получена, исходя из Эквивалентной элек­
трической схемы замещения сердечника.
Согла1сно электрической схеме за:v~ещения сердечника энергия,
поступающая в сердечнИIК за время fи действия рабочего импульса,
определяется энергией, поглощаемой двумя ветвями схемы Lст
и Rп:
(86)
гдедВст'•с;t8, с;S,м2;l,м;fJoo=4п·lО-1Гн/м;
И2т f8 дB2St
W =-R -=-Rt =Slв1
р
п
ои
(87)
-
энергия, рассеиваемая в сердечнике; s1 -11лощащь, заштрихован­
ная на рис. 40;
(88)
-
энергия намагнИЧJивания, т. е. энер­
гия, передаваемая в ~нагрузку или за­
пасаемая в сердечнике; s2 - площадь,
заштрихова·нная на рис. 40 дважды.
Из уравнения (88} видно, что
'JНе)J'гня на1матничивания не зависит
от длительности им1пул1>еа и опреде­
ляется приращением инду<кции ·и про­
ницаемостью сердечника. Энергия же,
рассеиваемая сердечником {87), пря­
мо пропорциональна квадраtrу пере­
пада индукции и обратно пропорцио­
нальна длительности импульса и со­
про11ивления потерь. После дальней­
шего преобразования (86) получаем
следующее выражение для значения
4•
в
н
Рис. 40. Рассеиваемая в сер­
дечнике энергия (площадь
Wp) и запасаемая сердечни­
ком энергия. (площадь Wв).
51

энергwи, при,кла1дьrваемой к сердеч~н·ик у:
(89)
·запа сенная в сердечи1111rе энергия нама~rнич'!lвания рассеивается
в течение длительн.ого .и,нтервала вр е '1ени частично на а1Ктивных со­
проти·влениях внешней цепи, частич н о в са 1мом сердечник е. Точный
учет рас пределеиия запасенной энергии тре·бует з нания вс ех пара­
ме т.рQIВ внешней цепи . Если Rи - эквив але нтное соп ротивление на ­
грузки , т о энер г ия, теряемая в сердечнике в течение инте рва л а
времени между импуль'Сами, равна:
(90)
Во :11,ногих случаях, когда истоЧ'ник nитания и на·гр узка имеют
вентильный характер, ·можно приближен.но полагать , что вся энер·
rня, запасенная в сердечнике , раосеивается з нем в течени е интер·
вала меж·ду им1J1улЬ1Са ·ми .
Суммарная энерrnя, теряемая в сердечнике за период, равна:
W'=-W'в+Wp.
(91)
Относительное значение полJJых потерь в сердечнике ра·вно:
W' W'и+W0
w.,.-wн+wp .
(92)
На рис . 41 приведена
рассеИ'l!аемой в сердечнwке
зависимость относительного эначения
энергии от относительной длительнос'ГИ
импулыса !При разлwчных сопротив­
лени я х 1н а,грузки. При сопротивл е ­
нии н агр узки Rn--+oo ~почти в с я
1,0
Rн Rn=10
о,в
ор
''\
о,ч
o,z
0,05 о 10
Рис. 41. Зависимость относ!' ·
тельной величины рассеивае ­
мой в сердечнике энергии от
относительной
длительности
импульса при различных со-
противлениях нагрузки.
52
приклады в аемая
к
сердеЧ1Ни к у
эн е ргия рассеивается .в сердечн и­
ке, :н, наоборот, при сопротивлении
наl'ру з ки >Rи--'>-0 почти вся ,при­
кладываемая к сердечнику энергия
рассеивается на наl'рузочном со·
противлени1И . .Одна.ко это заключе­
ние соо1'ветствует действительно­
сти ~rолько для значений относи­
тельной длительности импульса
fи/т:р>20. При малlfх t/т:р<5 энер­
гия, рассеиваемая в сердечнике,
резко возрастает независимо от
сопротивления нагр уз•ки . На рис . 42
показа ·на з а1JН1Симость относитель­
но го значения расеи•ваемой в се;J­
дечнике Э1Нергии от З1На·чения со­
противления 'l!агруЗ'КИ. Прн сопро­
гивленни нагрузки Rв <2Rп энер-

гия, раосеиваемая в ~сердечнике,
рез'кО У'Меньшас'!'ся, особенно при
больших .длительностях импульса.
В результате 'рассмотрения по­
терь энергии при од;нополя,рном
перемагничивании сердечников с
НПГ показано, что:
1) эта энер1гия ,состоит из эне;)­
гии, раdсе·ивае:vюй в сердечнике
(87) и энер,гии намагничи,вания
(88) ил.и запасаемой сер~дечни:ко:~
энергии;
2) за1Пасенная в сердечнике
>'нер:rия 1раосеивае1'Ся 'В тече<ние ин­
тервала rв1ремеН'И между 111мпульса­
ми на активных сопротивлениях
внешней цепи, ча1стично в самом
серде•fН'ИП{е;
1,0
а,9
0,8
а,7
а,в
а,5
0,4
а,з
wrw tu./'C0 =Z,
~--
///
5
tu.frp=_!!g_
1//
1/
1
Rн/R
z,s 5,а 7,5 1,а 1z/;
Рис. 42. Зависимость относи-
rельного значения рассеиваемой
в сердечнике энергии от зна­
чения сопротивления нагрузки
при различных длительностях
импульса.
3) п~ри большом сопротивлении наг,рузки почти вся приклады·
ваемая к ~сердечнику энергия ,рассеивае'!'Ся .в сердечнике, а при малом
сопротивлении нагрузки - на нагрузочном сопротивлении.
з) На~грева,н:ие сердечника с НПГ nри намагнич1ива,нии
и предельная частота ~ра.боты
Важным эксплуатационным параметром ферромагнитных сердеч­
ников является предельная ча,стота работы. Воздеiктвие одиопо­
лярных импульсов с большой частотой может привести к саморазо­
греву сердечников и значительному изменению их магнитных свойств
11 овязи с эти,м. Из·весrиы ·методы расчета температуры перегрева
и предельной частоты работы ферритовых сердечников с НПГ,
напрямер [3, 16]. П'Р'оиз·ведем аналогичный ,расчет П1рименительно
к ,режиму однополярного намагничивания ферритовых сердечников
с нпг.
Оценив изменение магнитных свойств сердечника при макси­
мальной рабочей температуре внешней среды fcp, можно опреде­
"~ить допустимое превышение темпе,рат)'ры сердечника
Лfдоп=fсердечв+fср.
(93)
Энергия, идущая на разогрев сердечника во время действия
импульса, равна:
д82St
Wt=WP=-R
t,
(94)
и
ои
а в промежутках между импульсами
дB2St
Wт-tи=W'и= 2fl-of1-д(l+Rп/R'н)
(95)
Выделяемая при этом мощность равиа соо'Гветственно
Wtи дB2St
pt =-t -=-R
t2'
(96)
и
н
он
53

w1 -tи
Рт-tи= Т- t =
и
(97)
Если из условий нагрева сердечника задать допустимую мощ­
ность Рдоп, котору!<1 может отвести в окружающую среду сердечник
данных раз·меров, то можно рассчитать минимальную длительность
импульса и определить предельную частоту работы сердечника.
Подсrавив значение Рдоп в (96)_, полуЧ'Им:
откуда
дB2St
рдоп=~'и
.,. j----si
•/
S/tp
(98)
tи. мин = дВ V RоРдоп = дВ V 4itJ07(J-дPдoп •
Подставив Рдоп в (97), получим:
дB2St
рдоп= 2fJ-ofJ-д (! + Rп/R'н) (Т-fн)'
откуда
д81St
(Т- tи)мин = 2fJ-o(J-дPдоп (1+ R0 / R'и)
'
в период повторения импульсов
дB2St
,
f д/J2Sl
Тмин= 2(J-o(J-дPдоп(1+R0/R'8 ) + V RoPдоп
и предедьная частота работы
1
fмакс= -Т-- =
мин
(99)
(100)
(101)
При увеличении часrоты выше fмакс нагрев сердечника будет
превышать заданное значение.
Рассеиваемая нагретым сердечии·ко·м мощность я•вляется функ·
цией физических свойС1'В сердеЧ'ннка и внешней среды . Она зависит
не только от поверхнОС'МI охлаждения и превышения температуры
среды, но и от конструктивноrо исполнения трансформатора, от
особенностей теплообмена с внешней средой и других условий.
Для определения допустимой рассеиваемой мощности :11ожно
воспользоваться уравнением Ньютона
(102)

r-де tt. 1
-
kоэффнц1tенt teпл6otzi.a<tи, 'f'lllтываtощий lwнctpyкtiiв11ьte
особенности rрансфор\lатора; Soxn - uоверхность охлаждения торо­
идально•О сердечника:
Sохл= rc (О+d)[-}(О- d)+ hl; (10;1)
М - превышение rем1пературы серде'lнака относительно тем•перату­
rы окружающей среды.
Рассмотрим пример ра1с1Jета ма!Кiсимальной '!а·стоты работы фер­
rитового серде'lника марки 1lООНМИ размера 1О Х 6 Х 2. Расчет
;rаксимальной частоты повторения может быть выполнен в соответ­
ствии с (98) и ( 103). Пусть сердечник имеет следующие пара­
•1етры:
1-1-д = 1100;
Ro = 2,8 Ом/м;
аВ=О,11 Т;
' t/=0,05·10-6 с.
Тогда площадь эхлаждаемой поверхности серщечника
soxл=)t(I0+8)[+<10-8)+2].=170мм2=1,7 см2•
На основании опытных данных [3] коэффициент теплоотдачи
фер.р·итовых сердечников пр~и переключении в импульсном режиме
а1 = Ю-;-20 мВт·см- 2 · ripaд-1, тотда предельно допустимая мощ­
ность
Рдоп= 10· 1,7 ·20=340=340 · 10 -
3
Вт.
Найдем минимально .допустимую длительнооть импульса по (98):
• (о,04· 10- •1t О,8-10-2..(),05· 10- •
f2=0,ll У
41t10-1°1100·340·IO-з
= О,:36°10-6 = 0,36 мкс.
Для сердечников с временем магнитной релаксации в п раз
больше, чем принятое пр·и расчете, минимальная длительность им­
пульса будет соответственно в п раз больше. Найдем минимально
допустимый промежуток между импульсами, считая, что сопротив­
ление. нагрузки настолько велик.о, что вся за.пасенная сердечиико:\1
энергия рассеивается в сер1дечиике в соответствии с (99):
о, 112.0,04° l0-• ·0,8° l0-2
(Т- t~)мин= 2·41t 0 1О--1.1100.340.10-з.1 = 1
•
34 мкс.
При <:опроruвлении нагрузки, численно равном сопротивлению
потерь сердечника (Т-tи)м•в=О,67 мкс, при R.п/<R'в=lO мии1i­
мальио допусти>tый промежуток между импульсами в 11 раз мень­
ше, т. е. (Т-tи) мив=О,122 м~с. Рассчитаем предельную частоту
работы сердечника для первоначально зада'ННых параметров:
1
f-о36
= О,6.10-6 Гц= 0,6 МГц.
~акс -
,
+ 1,34
55

мГu, f ма.кс •
liрИ'Ве;i.еН•НЫЙ pac<Jet, а tаКЖе
(98) и ( 103) 1показываюг, что при
уменьшени и вре:v~ени .:viamИ'l'HOЙ ре­
а
500
1000 Oмcf'f
лакс ации за счет увеличения со ­
противления потерь можно рез­
ко увеличить пред е ль~ную 'Частоту
ра бо ты. При Rп--+оо, Тр--+О пре­
делыная частота ра-боты сrре:v~ится
к ·бесхонечностн. Это еще раз по­
ка з ывает, как важно применять
в им:пульсном режиме сердечник01
с ·высоК'Им с опроmвление м :потер ь .
На ·рис. 43 1пр.иведена зависимост h
предельной частоты работы сер-
дечника марки l lOOHMИ от при ­
ве деН'ноrо сопроrивления поте;:>ь
Рис. 43 . Зависимость предель­
ной частоты работы от значе·
ния приведенного сопротивле-
R0. Сопротивление 1нагруз.ки оста­
ется IПОСТОЯННЫ .:vl и ВЫ•брано про ­
извольно . Для удобства расчета
оно, так же как и сопротивлен11е
потерь, я·вляется 1Приведен~ным.
Как ~Видно из рИ'с. 43, ори приве­
денном соrrротивлеwии 1Потерь Ro<
ния потерь.
<100 Ом/см
шается.
·пределыная частоты ~работы сердечнИIКа ~резко у~мень-
и) Параметры сердечннка ·импульсного трансформатора
На ocнoвaиlfll исследования характери'С1'11к феwитовых сердеч­
НИ'Ков с НПГ в статическом и импульоном режимах можно предста­
вить окончательно следующий перечень параметр·ов и характеристик
сердечников, ~ото,рые необходимо иметь при констрУ'и ровании им­
пульсноrо т.рансфор.матора:
1) проницаемость частного цикла 11-до в конце восх одящего участ­
ка зависимости дВеr(Нer);
2) максимальная проницаемость частного цикла 11-дмакс зависимо-
сти f!-д(Нст);
3) пряведениое сопротивление потерь Ro;
4) максимально допустимый перепад индукции дВо;
5) поле Нст' при котором f!-д = f!-дмакс;
6) коэффициенты влияния предыстор'Ни;
7) перепад индукции технического насыщения дВ, nри Н =
=10 Нс;
8) параметры сим·метрич·ной петли rиcтepeзlllca Вт, В,, Нс;
9) минимальная длительность импульса, при которой 11-и ~ 11-д;
l О) диэлек1'ричоокая проницаемQIСТь е.
56

3. МЕТОДЫ· КОНТРОЛЯ ФЕРРИТОВЫХ СЕРДЕЧНИКОВ С НПГ
а) Контроль ста11ичеС'к,их хара,ктерист'и'к сердечни,ка
при перема,rнич1и·ван'И'И на частном несимметричном
ци,кле
Из1мерение большинства перечисленных в § 1 харак-геристик и
параметров сердечников возможно производить стандартными ме­
тодами, исполызуя балЛ'Истическую устан01Зку.
На баллистической установке могут быть измерены такие харак­
.теристики и параметры, как проницаемость частного цикла fJ-д• пере-
пад индукции дВст• зависимости дВ(Нст), fJ-д(Нст), перепад индук­
ции в области технического насыщения дВстs• параметры симметрич­
ной петли гистерезиса Вт• В,, Нс.
Баллистический .Ме11Од измерения основной кривой намагничива­
ния и парамет,ров симме-гричной петли гис-герезиса хорошо известен
и описан в [2-7], поэтому методы измерения этих ларамет.ров
.здесь не раооматри'вакrrся. Будут описаны методы измерения таких
ш11раметров, как проницаемость частного цикла f"д перепад индук­
ции ЛВст, перепад индукции насыщения :ЛВста и зависимостей
ЛВст(Нст), fJ-д(Нст)·
Сущность метода заключается в следующем.
Задаются значениями напряженн·ости магнитного поля, для ко­
торых необходимо определить fJ-д или дВст·
Для сердечников замкнутой ФоР'МЫ иа·пряженнок:ть магнитного
поля подсчитывают по из'вестному числу витков намагничивающей
обмотки W1, оредней дJl'Ине магнитной линии l и току /:
wf
H=-t -
Затем включают в цепь намагничивающей обмо"ГКн w 1 первое
.значение тока. При первом включении тока отброс гальванометра
·будет ооотве"ГС'ГВовать перепаду и111дукции при иамагничи,вании сер­
дечника из ,размагниченного состояния в состояние, соответствующее
точке основной кривой намагничивания. Для ста,билизации магниr­
ноrо оостояния производят многократное перемагничивание сердеч­
инка по петле гистерез•иса частного цикла путем т.рех - пятн~раr­
ного включения и выклю<rения тока (не м,еняя полкрности). Для
определения перепада и-ндукции ЛВст отмечают отброс гальваномет­
.ра при последующем включении рубильника. Перепад индукции
ЛВст, соо'!1Ветствующий устан013ленному значению напряженности
поля, определяется по формуле
CьrJ.1
дВст = w.,S
(104)
·Где Сь - баллистическая постоянная гальванометра; w2 - число вит­
ков .из1мерительной обмотки; S - сечение образца; а 1 - отброс галь­
ванометра.
.
После этого окач.ком увеличивают ток в намагничивающей об-
14Q'!'Ке для второго вычисленнрго значещ1я /~, пронз'водят многократ-
'07

ное включение и выключение .рубильника и при последующем BKЛIO·J
чении измеряют отброс галыванометра а2, кото·рый пропорционален;
перепаду ИН<дукции ЛВст· Таким образом можно произвести изме­
рение всех точек зависимосrи ЛВст(Нст).
Значен.ие проницаемости частного цикла, соответствующее каж­
дому значению поля, может быть легко найдено из выражения
дВсr
1-'-л = ,.,..нсr .
При измерении следует учитывать, что перепад индукции петл~
гистерезиса частного цикла размагниченного серJJ.ечника и сердеч•·
ника, имеющего большую остаточную намагниченность, имеет раз­
личное значение.
Для из1мерения перепада индукции ЛВ' ст петли гистерезиса пре~
дельнаго частного цикла необходимо сначала включить в цепь об­
мотки W1 ток, соответствующий участку технического насыщения·
сердечника, а затем уменьшить его до заданного значения.
Баллистический метод измерен·ия пара1метров петель частных
циклов используется для проверки крушногабаритных сердечников
мощных импульсных трансформаторов. Эти сердечники имеют очень·
большую длину средней снлавой линии, и для их проверки в им­
пульсн·ом режиме потребовался бы сверХ1мощный не·стандартный ге·
нератор импульсов.
б) Контроль стаl'ическ·их и импульсных характер·исти·к
сердечников при перемагнич·ивани·и ~импульсами
на,пряжения
Метод измерения параметров сердечника при перемагничи·ванин
импулI>Сами напряжения известен давно [7, 8]. В течение по.следую­
щих лет поw1шлся ряд работ, посвященных усовершенствованию ме·
тодов контроля, изложенных в [7, 8], а также применению их дл!(
контроля миниатюрных сердечников ИМ[Jульсных трансформаторов
[1-6 , 21, 22 , 23, 26-31]. Далее будут раесмо11рены методы измере·
ния параметров серде<rников более подробно и разобраны все воз·
можные случаи погрешностей из·мерений.
Г1ринци[Jиальная схема установ·ки представлена на ри·с. 44.
Генератор импулI>Сов напряжения подключен к обмотке сер·.
дечника.
Измерительный осЦ~Иллоr:раф позволяет измерять напряжение на'
выходе генератора Ит и ток в обм.отке сердечника, измеряя на[Jря·i
жение И1 на включенном после~довательно сопротивлении Rизм.
;
Рассмотрим методы .измерения .отдельных характеристик и пара·]
ме11ров. Методы контроля параметров сердечникав в режиме пере-~
магничивания импулысами напряжения основываются на выводах~
полученных в § 2,в.
i
Достигнутый за время действия импульса перепад индукции·
ЛВст пропорционален площади импульса напряжен.ин
58
Итtи
дВи = ~дf!ст = --WS-'
(105]

а ток в otiмo1'ke rlропор'Цliонален поJlю и8Jмагн1tчнва1111tя серДеttий!сй.
При определении тока с помощью иэмерения падения напря­
жения. на сопротивлении фор·мула для расчета поля намагничивания
и'l!еет вид:
(106)
Напряжен1Ность поля намагничивания Ни, как было показано
н § 2,в, имеет две составляющие Нет и Н в. При достаточно боль­
шой длительности импульса
R;
R
I
и.3м _.
г------,
1
ч r.1
1
1
1
1
1
,
Rпl и
1
Lcr
1
1
1
1
1
1
1
L ______ J
Рис. 44. Принципиальная схема установки для
измерения и·ндуктивности и сопротивления потерь
катушки с сердечником.
Следовательно, измерение напряженности поля Нет нужно про­
изводить при большой длительности импульса, а именно fи~20тр.
Устанавливая амплитуду и длительность иМ1пулЬ1:а напряжения Um
на выходе генератора пропорционал1>ной заданному перепаду ин­
дукции, измеряют па,дение на·пряжения U 1 и рассчитывают напря­
женность поля Нет по (106). Меняя значение Ит и соответственно
ЛВст, можно измерить зависимость Нет (ЛВст) и /J-4 (ЛВст). Про­
ницае'Мость частного цикла fJ-д может быть определена по формуле
дВст
fJ-д = fJooHcт .
Измерение 1ависимости дВст(Нcr> и !J-д(Нст) производится в об­
ратном порядке. У·станавливается заданное значение напряжение
И1 и измеряются Ит и fи.
Импульсная прОН'ицаемость μи и напряженность импульсного
поля Ни намагничивания сердечника не я•вляются nосrояиными и
изменяются с изменением длительности импульса. Методика изме­
рения Ни, μи такая же, ка!К и fJ-д и Н ст, за исключением того, что
длительность импульса fи<20тр. Для каждого значения длнтелЫ!о­
сти импульса будут свои значения μи и Ни, поэтому они ие могут
пвляться параметрами материала.
59

1\а'К показано в § ~.rв, изменеН11е значени/i μи и Ни в зависимо­
сти от длительности импульса может быть оопределено, если из,вестно
значение лриведен:ного сопротивления ло1'ерь Ro.
Сопротивление потерь Ro можно определить, ра·соматривая (47).
1-1-д
1-1-и = 1-1-дf!-о
1 +J["t
ои
Сначала устанавливают заданный перепад ин•дукции ЛВст
(волы-се'Кундную площадь импульса) при большой длительности
импульса iи=20тр и измеряют проницаемость частного цикла f!-д·
Затем у1станавливают ту же вольт-юекундную площадь импульса, ио
при малой длителыности iи2 = 2 + Зтр и измеряют им[]ульсную про­
ницаемость μи. Приведенное СО[]ротивление потерь ПQдсчитывается
по фор.муле
(107)
Сопротивление поте.рь сердечника Rп можно определить и исхо­
дя из (31) для 'Гака в обмотке сердечни!Ка:
Umt
Um
i(t) =-L -+R = iL(t) + iR,
ст
п
где iL (t) - индуктивная соста•вляющая тока намагничи•вания, кото­
рая увелич'Ивается пропорционально а:vюлитуде и длительности им­
пульса:
(108)
iR - активная составляющая тока намагничивания, 'Которая пропор­
циональна только амплитуде ·импуJ1ьса напряжения:
ит
iя. =у.
(109)
п
При достаточно большой длительности ИМ[]улыса t.,. активной
составляющей можно пренебречь и считать, что
Umtи
1=/L=-L- .
(11О)
ст
Это позволяет измерять сопротивление потерь, не измеряя про­
ницаемости 1-1-и и 1-1-д· Подробно методика контроля сопротивлени51 по-
терь состоит в следующем. Реnулировкой ам~плитуды и длительно­
сти с генератора устана•вливается за.данная в·олы~секундная пло­
щадь И1iи1 импульса с длител1тостью iи1 =,20-rp и измеряется ампли­
туда инду~ктивной соста.вляющей тока иамаГ!fllчивании сердечника
l L· Затем регулировкой амплитуды ·и длительности импульса у_ста­
навливается та же самая вольт-секундная площадь и1м•пульса И2tи2,
но при iи 2 =3+5 Тр и измеряется ам•плиту.да тока наrмагничива•иия [,
60

k016p1нt лр!t мало/\ длИтеЛьносtи Имn~J!ыса npe.rtctaвJisiet собоl\
сумму токов, протекающих в а'Ктивном и реактивном компонентах
схемы замещения. Формулу для расчета сопротивлении потерь лег­
ко найти из (31):
(111)
где Ит2- ам[]литуда вхо,дноrо им1пульса на обмотке сердечника
при меньшей длительности импульса.
Для определения основных параметров сердечников !J-до• Но, дВо
необходимо измерять зависимость дВст(Нст)• а для определения па­
раметров !J-Амакс• Нмакс -зависимость !J-А(Нст)· Точка [Но; дВо] на­
ходится как проекция rочки пересечения двух прямых, аппрокси­
мирующих восходящий участок и учаеток насыщения за,внсиМО'СТИ
ЛВст(Нст) (см. рис. 7).
Параметры !J-Амакс• Нмакс определяются по максимуму зависимо-
сти !J-д(Нст)· Для марок ферритов, у которых Н"
~Но, нахо-
-Амакс
дится проницаемость fJ-AO,бHo при поле Но,бНо = О,5Но или значение
fJ-AHc, измеренное при поле, равном значению коэрцитивной силы.
Коэффициенты влияния предыстории ~ 1 и ~2 измеряются сле­
дующим образом.
Сначала сердечник намагничивается полем, превышающим Но
в 2-3 раза, затем намагничивающий и,мпулыс уменьшается до за­
данной величины и измеряю'!'ся проницае1мости п11едельного цикла
fJ-
1
АОИfJ-
1
Амакс·
При измерении fl<Ao и !J-Амакс предварительно производят коммута
цию направления заданного значения на:магничи~ающеrо им[]ульса
в 2-3 раза, лрибт:1жая таким образ.ом состояние сердечника к раз­
магниченному. Такой способ размагничивания применяется потому,
что получить полное размагничивание сердечни'Ка сложно и тру­
доемко, особенно если требуется произ·водить мноГ()!Краruое из·ме­
рение, напр·И-"!ер, в диапазоне температур. Коэффициенты ~ 1 и ~2
подечитываются по (4) :
!J-Амакс
fJ-' Амакс
fJ-Ao
; ~2 = -; -;:;-----
.
гАО
Перепад индукции в облаетн техничеокоrо Н"асыщения измеряет­
ся лри поле Hs=10Hc.
Зав'исимость постоянной времени ма,гнитной релакеации тр от
поля Нет может быть рассчитана по имеющейея зависимости
f!<A (Нет) и значение сопротивления потерь Ro по (36):
fJ-A(Hcт)fJ-o
"р(Нст) =
Ro
Минимальная длительность импульса рассчитывается по фор­
муле
fJ-o
tи.мин = -.,-1---У- Ro '
(112)
61

rде 'У - задаваемый коэффициент, ха.ра1кrернзующиА сtеnень ttpl!·
ближеиия 1-'-и < 1-'-д· При 'У= 0,95
/J-o
1
tя. мин 0
= R. 0,05.
Чтобы генератор импульсов мог считаться генератором напряже­
ния, долж·ио выполняться сле;J.ующее соотношение :
L(Rn + R;)
гдеtэ=
RR
i!1
fи..;; O, lt3
,
; tи - длительность импульса; "~
-
постоянная
времени всей из1мер.ительной цепи; L - индуктивность катушки
с сердечнико.VI; Rп - сопроти:вление потерь катушки с сердечником;
R; - внутреннее сопротивление генератора И.М[]УЛЬСОIВ .
Пр11 известных габаритах сердечника и оп1ре.делеmюм диа[Jазо­
не rrредполагаемого из11енения его параметрав получеll'Ие сооrноше­
ния ( 113) может регулироваться выбором числа зитков измеритель­
ной обмотки. Поскольку индуктивность и сопротивление потерь ка­
тушки с сердечником растут пропорционально числу витков в квадрате,
то, чем больше количество витков обмотки сердечника, тем легче вы­
полнить условие (113) и тем меньше требова ·ний предъявляется
к значению в·нутреннеrо сопротивлен'Ия генератора им:пульсов
(в идеальном случае R;--+0) и тем большую длитештость импуль­
са М -ожно иапользо0вать для .перемагничивания сердечника. Однако
чрез.мерное увеличение числа виrков может привести к тому, что
при малой длительности и,м1пульса а1м1плитуда напряжен1111 окажется
недостаточной для создания заданного перепада индукциi! или на­
ма•гничивающего поля. Кром~ того, с увеличе·нием чис.1а витков
растут па1разитные пара·меrры измерительной цепи: паразитная
емкость и индукти.вность рассеяния . Однако при измерении индук­
тивности в режиме генератора напряжения погрешность измерения
с ростом п·аразитных па·раме11ров увеличивается незначительно. Э ro
объясняется тем, что емкостная постоянная времени очень мя.~а
и вызываемые ею паразитные выбросы всегд<1 легко отличить и ис­
клю1J11ть из результатов измереН'ИЙ . Паразитная емкость :'.!ОЖет ска­
зываться на то<rности из:'.!ерения только при очень коротких импуль­
сах, когда емкостная постоянная времени соизмери·ма с длительно­
стью импульса.
Увеличение индукти:~mости рассеяния с ростом числа витков
также не оказывает существе-иного влияния на rочность измерения
индуктивности катушки с сердечником, так как рост индуктивности
раосеЯ'ния в достаwчной степени пропорционален росту индуктив·
ности катушки и их соотношение остается приблизительно посто­
ян·ным.
Таким образом, выбор числа витков должен определяться вы­
полнение:-.~ неравенства (113) в рабочем диапазоне длитель1юстей
и обеспечением соотвеrс11вия между величиной задаН'ного перепада
инд}'кции и мощностью генератора импульсов.
Как показано на рис. 26, 27, при длительности импульса t8
=
= 20-ср импульсная проницаемость !J-и = 0,95!J-д• т . е. с достаточиоА
для практических измерений точностью можно считать, что μи= 1:-Lд.
Из этого же рисуН'ка видно, что при fи='fp импульсная rnроницае·
62

мость μи =0,5!Jод. т. е. проницае~юсть потерь составляет половину
проницаемости μи. Режи1м из:-.~ерения сопротивления потерь, 1\ОГда
актив.ная и реактнвная составляющие проницаемости ра1ВНЫ, наи­
более выюден, но nосrоолыку в большинегве случаев постояннан
времени магнитной релаксации у феррито·вых сердечников оче!Iь
мала и обеспечение соотношения tи=Тр требует использования
генератора очень кор01'Ких имilулысов, то сопр·отивление потерь мо­
жет быть из:мерено при длител11ностях 3-5тр.
Ит·аlJ{, обмО'ГКа сердечн!l'Ка дюлжна иметь достаточно большое
число виТIКов, чrобы обеспечивалось соотношение
20тр~О,1тэ,
(113)
rогда
2()-tp.;;;; 0,1
/Joд!J-0Sw2
1
( R0Sw2;1 + Ri
Ri·RoSw2/l )·
(114)
откуда
w~v 200Ril
RoS
(115)
Bropoe 11ребование - обмотка сердечника должна иметь доста­
точно малое число витков, чтобы обеспечи1валось соотношение
fиИт ФcpUm
w~дВS~дВS'
(116)
8
8
где Ит - максималЬ1Ное выходное наmряжение генератора; ЛВ, -
nерепад индукции ;в области насыщения.
Иопол11зуя (115) и (116), можно записать следующее общее
неравенство, которое необходимо выполнять при выборе числа
вит1юв на:ма1гн·ичивающей обмотки:
(117)
в) Влияние неидеально прямо,угольной формы
импульсов наrпряжения ,и конечного зна,чеНIИЯ
внутреннего сопротивления генератора на то,чность
измерения 'Параметров сердечников
В § 2, д и е было показано, как влияет неидеально прямоуrоль-
dВ
11ая форма импульсов на зависимости u(t), H(t), i(t), dt (t) и дВ(t).
На основании выведенных соо"Гношений попытаемся оценить допу­
стимое отклонение фор:мы импульсов от идеально прямоугольной
при измерении проницаемости частного цикла и сопротивления по­
терь.
Пусть импульс напряжения имеет форму трапеции с длитель­
ностью фронта импульса, равной /Ф, идеальио корО'l'КОМ орезом и
длит~льищ;тью самого импульса, равной t.. Поскольку п·роошцае-
63

мость частного цикла должна измеряться при достаточно большой
дли1'ельности импульса, когда схема замещения сердечника пред ·
ставляет собой только одну индуктивность, то, используя соотно·
шение (66), ~выражение для тока нама·nн1ичи'Вания при идеально
прямоугольной форме импульса / ·и выражение \/\ЛЯ тока намагни­
чивания при трапецеидальной форме импульса /' можно записать
следующwм образ•ом:
(118)
Пере'Пад индукци.и в том и другом случае выразиr.ся аналаrич­
ио (60) :
ЛВ
tн
дВ' = tн -tФ/2
(119)
Отношение проницаемости, измеренной при трапецеидальной фор­
ме импульса р.' А, и проницаемости, измеренной при идеально прямо­
угольной форме импульса 1-1-д с учетом (118) и (119). 1-1-'д /tJ-д=I•
т. е. изменение формы импульса напряжения не влияет на точность
измерения проницаемости частного цикла 1-1-д·
Рассмотрим влюrнме формы импульса на измерение И•М~пульсноv
nроницаемости. Из (44) и (64) запишем:
Ит( fи)
Rп 1 +-:t;
(120)
тогда с учетом (119) найдем:
р.'и
tф
-= 1-
(121)
/J-и
(
f8
tф)
2tн \ 1+":t;' - 2'tp
Таким обр.азом, импулысная проницаемость, измеренная при воз­
действии ш-.шульса на·пряжения неидеально прямоугольной фор.мы,
μ'и будет меньше им1пулЬ1Сной проницаемости μи, измеренной им­
пульс·ОМ н.а·пряжен·ия идеально прЯ'моу.гольной формы на иекО"ГО'!JОе
зна·чение, оп1ределяемое (121). При измерении им:пульсиой проницае­
мости надо учиты~ать, что прИ1меиение генераторо~в И.М'IIульсов с раз­
ЛИЧ'НЫМИ длительн<Jстя1ми фронта может привести к ПQлучеН111ю в ре­
зультате измерений разных значеиий μ11.
Покажем, что при измерении сО'IIротивлеиия потерь влияние
конечной длительности фронта также надо уч>итьrвать. Подста1ВИМ
в (24) значения ам1Плитуды тока из выражений (118), (119) и (121);
ТОГJI;а
R'n
tФ
R=l+~·
п
р
(122)
Если импульс напряжения нмеет конечную длителыность фронта
им.пульса, то измеренное сопротщзление потерь будет выше, чем

rrpи перемаt•ничиван·ии импульсом напряжения идеально rrрямоуголь­
ной формы. При применении инте11рирующей цепочки все получен­
ные выводы сохр·аняют с1юю силу.
Ра.самотрим теперь влияние конечного значения внутреннего со­
противления генератора напряжения R1 (см. рис. 23,в). Перепишем
еще раз уравнения (25)-(27), коrорые являются общим случаем
решения уравнений переходного процесса для цеп11 на рис. 23,в:
Rп
( fи\
и=Ит R;+Rп ехр ----:;;);
1= ~~ r1-ехр(::) Rп~R; ехр(- ::)]
L(Rп+ Ri)
и учтем, что в режиме генератора напряж·ения должно выдержи­
ваться соотношение fи<О,lтэ.
Тогда эти ура·внения примут вид:
Rп
Найдем отнооителыную величину проницаемости частного цикла,
измеряемую в случае генератора напряжения с конечным значением
внутреннего со.противления:
fJ-' д
и'!
!J-д =!'и = 1,
т. е. конечное значение внутреннего сопротивления генератора на­
пряжения не влияет на точность из.мерения fJ-д• если выдерживается
соотношение fи<О,lтэ.
Из (123), (124) находим, что
И -JR.
R'
т
l
=
/- /L
'
(125)
т. е. если при из1мерении соП'рО11ИВЛ·ения потерь внутреннее соrrро­
тивление генератора соизмеримо с этим сопротивлением, то его
надо учитывать в соотве'Гс11вии с (1'25).
Итак, в результате ра·ссмотрения влияния неидеально прямо­
уголЫJых имиулысов иапряжен1ия и конечного значения внутреннего
сопротивления генератора на точность измерения параметров сер­
дечников показано, что:
1) отличие формы импульса от пря1моуголыюй и з·иачение внут­
реннего сопротивления генератора не влияют на точ:ность измерения
проницаемости tJ-д;
2) отJ11Ичие формы импульса от прямоуюльной и конечное зна­
чение внутреннего сопротивления влияют на точность измерения
импульсной проницаемости и сопр·отивления потерь.
5-652
65

г) Применение ·интегрирующей цепочк·и для увеличен,ия
точност.и измерений
Измерение импульсных параметров сердеч·нИJков в сооrветствии
со сх емой рис 44 имеет существенный недостаток, заключающийся
в rом, что основной измеряемый па1рамеrр - индуктивность обмотки
с сердеч·ником пропорциональна не амплитуде, а площади импульса.
След;овательно, каждый раз необходимо измерять а:vшлиту\!\у и дли­
тельность И:\шулы:а на ·пряжения, а это удваивает ло11решность изме ­
рения по сравнению с измерение:м толыко одного пара .метра им·
пулы:а. ·
-- ---,
R
с
L ____ _J
Рис. 45. Принципиальная схема установки для измерения
сопротивления потерь в индуктивности катушки с сердечни­
ком с применением интегрирующей цепочки.
Поэтому для )'1Веm1чения точ~ности измерений на выходе схемы
рис. 45 абычно ставится интеприрующая RС-11.щ1ючк·а. Это nQз·воляет
перейти к а'м11л1итудному методу контроля.
Раосмо11рим различные случа ,и применения интег.р·ирующей це­
почки . В соотве11ствии с (25) и рис. 21,в и 45 на'Пряжение на входе
интеnрирующей цепоЧJки в общем случае выражае'!'ся следующим
образом:
(126)
где 'tэ - эквивалентная постоя1иная времени цепrи.
Найдем Uc (t) с помощью интегр1и:рования этого выражения
t
1JRп(t)
и(t)=-
И
ехр--
=
с
'tиит т Ri+Rn
'tэ
о
=~[1- ехр (-t )]·
'tинтRi
'tэ
(127)
Амп юпудно~ значение
ИтL [
( t11
')J'
Uc =--у. 1-ехр\ --
'tинт 1
\
'tэ
(128)
66

В это:.~ выражении Значение UmLf'tиитRi пропорционально прОн!t­
цаемости частного цикла fJ-д• а значение [ 1 - ехр (- :: ) ] зави­
сит еще и от сопротивления потерь. Полностью ( 128) пропорцио­
нально импульоной проницаемос11и μи. При fи~Тэ З'Наченше Ис1Про­
порционально только проницаемости частного цикла fJ-д, так же как
н 1П1ри ,измерениях без интегр,ирующей цепочки.
Т:аким образом, применяя интегрирующую цепочку, можно из­
:.~ерять индуктивн,ость катушки с сердечliиком, которая пропорцио­
нал11на проницаемости ча,с11но1го цикла !J-д, и импулысную прони­
цаемость, из1меряя только ам1плитуду >'IМпулыса. ПрiИ измерении
с интегрирующей цепочкой нет необходимости предъявлять особые
требован1ия к источнику ютульс.ов, как гене'ратору идеальных им­
пульс·ов напряжения или тока. Это позволяет не толыко перейти
к амплитудному ме"Году из1мерения, но и дает возмотность произ­
водить измерения, когда ( 113) не выполняе'ГСЯ. ~роме того, при
измерении с иопользова,Н1ием интеn.рирующей цепочки можно произ­
водить измерение / и И с на одной шкале ооl!Jиллографа при соот­
ве11ствующем выборе параметров Rинт и Синт. На1rъример, ИЗ'Меренне
сердечниковмарки1lООНМИразмера7Х4Х2и 10Х6Х2соб­
моткой w=30 в.итков и сердечников марки 350ННИ тех же раз­
меров с обмоткой w = 50 витков производи11ся с иопользованием
инт·е11рирующей цепочки с параметрами Rинт =4060 Ом; Синт =
=.5000 пФ; Тинт =RинтСинт =20,3 мк,с, см. рис. 45. При таких па­
раметрах катушки с сердечником и интегрирующей цепочки напря­
жения Ин и Ис - вел~ичины одного порящка и измеряются на од­
ной и той же шкале осщиллографа.
При из1мерении с интегрирующей RС-цепочкой расчет импульс­
ной проницаемости производится по формуле
где S - площадь сечения сердечника, см 2 ; Rинт и Синт - параметры
интегрирующей цепочки, пФ и Ом; Rизм - измерительное сопротив­
ление, Ом; Ин - напряжение на сопротивлении Rиэм; Ис
-
напря­
жение на емкости Синт-
Измерение сопротивления пот~рь производится в том же по­
рядке, что и gез примене,ния интегрирующей цепоЧiк,и, но формула
для его ,под1счета принимает следующий вид:
(129)
где Ис2 -напряжение на емкос'!1И Сиит при длительности импульса
fи2=3+5 Тр.
Для у~меньшения поnрешности измерен1ий установка должна
быть прокалибрована пооредствО'М измерения на ней воздушной ин­
дуктивно,сти с из.вестным з1начен1ием L, измеренной на любом мосте
для измерения индуктивностей с большой точностью. Индук11ивность
воздушной катушки при измерении в импульсном режиме на уста-
5*
67

f/Oвke рис. 45 может 6ыть расС"fi!тана по формуле
ис
L = СинтRинтRиз" И-
,
R
(130)
Раосмотр·им теперь, как будет сказываты:я длительность на­
раста ·ния фронта ю11пульса с генератора.
~ Пу.сть на·пряжение .на1растает по линей·но:-.~у закон•у
Umt
u(t)= -t-,
ф
тогда для схемы ('см . рис. 45) с помощью интеrрала Дюамеля най­
дем Uвx· (l) для времени O<t~ ·fФ:
UmL [
( t)]
ивх(t) = R; tф 1- ехр
-
~.
(131)
Тогда напряжение на выходе интегрирующей .цепочки
uc(t)=R.~m'tL {t-'t3 [1-exp(-+-1]1.
(132)
1фllHT
Э/
J
Погрешность и з-ме,ренrия, вносимая фронтом им1пульса с помощью
интегрирующей це:ючки, не .исключается.
д) Автоматнчес·кий контроль прон·ицаемости
частного цикла сердечнн·ков
Для автомат и·ческой проверки сердечни·ков по з•начению про­
ницаемости част.ного цикла применение ююульса напряжения . неце­
лесообразно, так как в этом случае необход1и1ма многови'!'ковая на­
магн1ичи1вающая катушка. Пр1и намагничивании же сердечника с по­
мощL :о одного витка инду1ктивность на ·сrолыко .мала, что нево з1можно
соз дать генератор н,\11пульсов, в· нутреннее соп1ротивление которого
было бы много меньше комплексного сопротивления сердечника, т. е.
ВЬ!JПОл:нить условие t 11 < 0,li:,. Поэтому 11;ри а·втоматической проверке
иаrюльзуе'!'Ся генератор тока с од новитковой на1ма гнич1авающей ка­
тушкой. В режи.ме генератора тока можно осуществлять контроль
Т()ЛЬКО зависимостей ЛВст(Нст) или μ (Нет), контроль за•висимо­
стей Н ст (ЛВ) или 1μ.(ЛВ) в этом случае .невозможен.
Рассмотрим требования ·К источнику импульсов тока. В § 2 ·было
показа:но, что .п1рн ВQздействин на серде<rни:к нмnульса тока с ачень
коротким временем н·арастания tФ/i:p~O.l амплитудное з·начение
сигнала с сер.деЧ!ника не за1Виаит от Lст, а при O.l~fф/1:p~5 оно
за.висит от обоих пара.метров сердечника f!-д и R0 • Следовател!:IНо,
проверка сердечJНиков по f!-д им,пульсом тока с крутым франтом
невозможна, осебенно для тех марак сердеЧJников, в которых боль­
шая постоян•ная вр~мени релаксации. Для обеопеrчения унJНверсально­
сти и возможнасти произ'Водить проверку сердечюиков с разными
паrра'Метрами необходим генератор с больши.м временем нарастания
. Им[Jульсов тока, чтобы соо11ношение tФ/i:p-;;. 5 соблюдалось для боль­
шинст.ва марок фер1ритов.
68

В применяемом в настоящее время для проверки серде1шико·в
автомате 103-ф импульс тока имеет колокольную форму.
Импульс така колакол~;ной формы выражается следующей
функцией времени [17]:
Параме11р
пульса,
i(t) = / ехр(-~t2); (-оо<t<оо).
~. харакrеризующий акти1виую длителh'!!ость
~ 41п2_ 2,77
=f2;-f2::·
им-
Найдем выражение для sыходного напряжения на обмо11ке сер­
дечlН'ика:
u(t)= /L{ехр( - :Р)+~ехр(-~t2) [1- ехр(- :Р)]}""'
l'exp (-J_)
)
-
wSдВст °'р-;Р +~ехр(-~t2)[ 1- ехр(-i;)].
Амплитудное значение напряжения будет следующим:
Ит ~ wSдВст~ ехр (-~~и).
(133)
Ра·счет ГFронмцаеМОС11И ча•стного цикла, пользуя·сь (133), сложен
и недостаточно точен иэ-за необ~одимости измерять параметр ~
и длительность ИМ[]ульса, а форма импульса не всегда точно соот·
ветствует колакольной. Благодаря последнему фактору выходной
сигнал с од1Ноrо и того же серде~Еника, измеренного на д·вух разных
экземплярах ав11омата, имеет ра•схождение по величине в 15~20%.
Поэтому для настройюи порогов сра·батыва;иия а·втО1мата пр·именя­
ются эталонные сердечники.
Следует отметить, что для ферритовых сердечников с НПГ
в режиме одноп•олярного наматничmва1НИя не может быть П1рименен
раз1Ностный метод контроля, 'Как это приня110 для сердечнlИ'КОВ с ППГ.
Раз,ностный метод контроля заключается в том, что на срабаты­
вающее устройство автомата подаются одновременно выходные сиг­
налы с пров·еряемurо и эталон:ного серде~rни1ков. Входной импульс
подается последовательно на обмот,ки об0<Их сердечников, и выход­
ные импульсы на[]ра1влены .в []роти•в0<фазе так, ч110 происходит вы­
читание их площадей. Пороги ора•батыва·wия автомата настраива­
ются на полученный при этом разностный сигнал.
Рассмотрим вы·ражения (126), (127), (131), (132) и (133), оои­
сывающие выходной сигнал с обмотками сердечника. Во всех
случаях перемагнИ'чивания идеально прямоуго.1111ным импульсом
( 126), импульсом 11рапецеидальной формы ( 131), с применение\!
интегрирующей цепоч'Ки ( 1.27) и ( 132), колокольным импулысом
( 133) площадь выходного сигнала находится в эк;споненциальной
зав•исимости от времени магни11ной релаксации сердечник·а Тр.
С ОдJной стороны, разностный метод позволяет конт~ролировать
всю зависимость ЛВст (Нет); с другой стороны, он вносит большую
погрешность измерения в связи с тем, что время матииrеой релак­
сации является функцией сразу двух параметров сердеч~ника !J-д и
69

R0 . ПропорционалЫ!ое изменение проницаеМОС'!'И и соп ·ротивления по­
терь может привести к тому, что два сердечника с р·азны~1и з1на­
чениями !J-д и Ro будут иметь один и тот же разжJС'гный си·гнал.
Для того чrобы можно было проверить не только проницае­
мо1сть сердечн'11'Ка в одной отдельно взятой точ•ке за·висимостн
ЛВст(Нст), но и ход этой завнсИ1мости на ~восходящем учас'l'ке,
1юнтооль должен производить·ся м·инимум в д•вух точках, т. е. при
полях на.магничивания На =Н \JодмаRс и Нь =Но, как указывалось
в § 1. ВлияНIИе [Jредыстории внооит большую погрешность в а·вто­
ма1111оческий контроль, если не делать размагничивания сердечника
после ·каждой П1]JО'Верк'11. Вл11яю1е п1редыстории проя1вляется следую­
щим образом. Если полностью размагниченные сердечники непо-
1500 /LJ
1400 t----- '\,- -- - t- -- -t-- - --t
1ЗОО
1200 г-~-..:-i...----t---1
1100
1000 t----f--+.,,,,,,,.::-3'o~~-,.-j
900
Рис. 46. Зависимость !J-д ферри-
товых сердечников с НПГ.
1 - размагничивание нагреванием;
2 - размагничивание убывающим
на.пряжеиием; 3- предельный цикл
после ра зм агничивания нагревом;
4 - предельный цикл до нагрева.
средсrвенно после обж111rа проверяются сначала прн более высокой
те:-.![]е·μатуре, а потом при более низкой, например при +2О0С и за­
тем при -60°С, то п1ри второй п·рове~Rке буд·ет оказываткя оста­
точ·ная намаrnиченность сердеч111ика. Это объясняется тем, что при
более высО1Кой тем:пер1ату~ре коэрцитивная сила, ка·к пра1вило, ниже,
и в этом случае намагни<rИ'вание п1роисход!l"Г как бы .при большей
на.rrряжеНJНости поля, та·к как отношение на[]ряже'!!'НО·С11И поля на­
мат1ничиван1ия к Нс выше. Бели часть сердечниlКов прошивается на­
маrнИtfИ'ВЗЮщей иглой с обратной стороны по отношению к поло­
жению при первоначальной про.вер1Ке, то их пр0он1ицаемость будет
выше и бл1изка к про.н1и.цаемости размамиченного сердечника. Т<1
часть с·ердечников, которая п1р.ошьется иглой в том же на~правлении,
что и при проверке в нормальных у~словиях, бу;~:ет иметь меньшее
значение. Чтобы уменьшить влия·ние предыстории, нуж1но произ­
водит проверку оначала при самой 111из1Кой температу:ре, а затем
постепенно пер·еходить к более высокой, т. е. установить следую­
щий порядок ;проверки -60, +25 и +100°с.
Для иаключения влияния предыстории можно произ1водить раз­
матничивание сердечН111ков убывающим полем переменной поля1рности
пли нагреванием до температуры Кюри. Однако полного размаТ"ни­
чивания убывающим переменным полем при малых полях достигнуть
трудно. Размаnничивание натрева•нием до '!'ем~пературы Кюр1и иногда
привод'Ит к необ.р.атимому увеЛIИ'Чению проницаемости !J-д (рис . 46),
которая, однако, стабилизи1р_уется при многократном повторении
проuес<:а размагн•ичивания. Для того чтобы размаnничивание на­
грев а•нием не меняло пара.метров серде111ни1Ка, необходимо произво-
70

дить термотреН'frровку в конце технологического пр·оцесса изготовле­
ния сердечни:~юв.
Т1ретий способ позволяет учитывать влияние предыстории с по­
мощью усложнения пр•Оff'раммы проверiКИ на а.в томате (рис. 47).
Иrмпулысы 1 1И 2 служат для стабилизаци1и Ма'!mитного состоян·ия
сердечю1~ка, близ1юго к размаnниченному. Им[]ульс 3 предназнаrчает-
1 \fZ11V
1
1
1
1
-..............--,.w:~.
Рис. 47. Программа импульсов для проверки ферритовых сердечни­
ков с нпг.
Импульсы 1, 2, 4 , 5 предназначены для стабилизации маnштиого состояния
сердечника, импульсы З и 6 - рабочие. Измеряемые импульсы заштрихованы.
ся для сrчитывания выходиоrго сигнала размагниченного сердечника
и проrвер~и его при большем поле. Им1Пrульсы 4 и 5 служат для
· размагнИ'Ч l!lвания,
а импулЬIС б - для считывания выход1ного оигиала
в меньшем поле.
е) Мет1одИ1J<а произ1водственного ~контроля
сердечников марк.и 11 ООНМИ и ЗSОННИ
В настоящеее время в серийную промышленно1сть внедрены
в основном _сердечники ма~рок 1lООНМИ и З50ННИ.
МетодИ!Ка производс11венного контроля этих с~дечников состоит
в следующем.
Проверка проницаемос'l"И частнаrго цикла прсmзводn'ГСя на аrвто­
мате 103-ф.
А:втомат состоит из генератора им:пулЬ1Сав тока колоколообраз­
ной формы с регуmруемой ампJ1'Итудой от 0,2 до 14 А и длитель·
пастью 1,5 MIIOC, механической '-!астя, осуще<с11вляющей подачу сер·
д~нпков и прошив.ание их на:v~агничивающим витком (иглой), ка­
меры тепла и холода и из·мерительного столика-1ПриотаВКJИ.
На выходе генератора имеются два иМ~пул11са, ам1Плитуда кото­
рь1х реrуJI1Ирует'Ся разделнно. Ча·стота повторения ИМ[]ульсов 10 кГц.
Оба им~пульса подаются на намагничивающий виток. Ам[]литуда од­
ного из них устана•вливается пропорционаJ1ыной полю 0,4 АРсм,
друго:го - 0,8 А/см. Пороги срабатывания а:втомата настраиваются
по величине каждого из двух оигналов, получаемых в результате
перемагничивания сердечников меньшим и большим полями. Кали·
71

бровка этих ои11налов пр·оиз.водикя с помощью эталонных сердеч­
ников.
При поле 0,8 А/см эталонные сердечники марки 1lООНМИ име­
ют нижний предел разбраковки fJ-д = 950, а верхний- fJ-д = 1250,
при поле 0,4 А/см - нижний предел fJ-д = 950, а верхний fJ-д = 1370.
Раз•бра11ювке на а.втоомате подвер1гаются все 100 % сердечи111ков
при тем[]ературе +25, -60 и +1ОО 0С.
Эталонные сердеrrники выби1раюТ1Ся на установке с генератором
импульсов напряжения (см. рис. 44) при поле намагничивания
0,4 А/см и длительности импульса 1 мкс. Для стабилизации
магни'Dноого состояния перед каждым из·мереншем производится ком­
мутация на[]1ра1вления импульсов на1Пряжения.
Уделыное сопр01ивлен1ие п01ерь и диэлеК11ри'Чоокая проницае-­
мость не проверяются. Это объя1сняе'Гся тем, что для большинства
партий ферритов сопротивление поrерь достаточно велико и прИ
м·инималыной длителыности импулыса в тра1ноформаторах fи=О,2 .м.кс
не происход1ит у:меньшения Им[]ульсной Проницаемости, т. е. μи==
= !J-д и ,соор·оти!!ление потерь не влияет на па~ршметры 11р.ансфоj>'ма­
тора. Одщако время от времени встречаю11ся .па1ртии сердечников
с низким удельным по•верхност:ным сопротивлением, у которых при
t.=0,2 мкс floи~ 1-1-д·
ГЛАВА ВТОРАЯ
МИНIИАJЮРНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФО.РМАТОРЫ
4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИТ
а) Общие требования ·к параметрам ИТ
Им1пульсные трансформаторы (ИТ) прmменяются в схемах для
11раноформации тока, на1пряжения или полного сооротmвления, изме­
нения полярности им1пулыса, изол1щии или соединения им[]ульоных
схем с различными потенциалам1и, а также в трансфор1маторных
постоянных ЗУ. Описанию свойств им1Пулооных трансформаторо·в
посвящен ряд работ [4, 7, 8, 10, 12, 34, 35].
Основным требованием к ИТ я•вляется пере.дача тра:нсформируе­
мых ИМ[]'ульсов с наименьшими искажениями формы, что ооределяет­
ся овойсrва,ми сердечника, обмотка.м1и трансфор1матор.а и пара.ме11ра­
ми ИМ[]улысной сх·емы, в ко'Горой ,июпользуекя ИТ.
Здесь раосматри1ваются толыко миниатюр!Ные ИТ на кольцевых
ферри'Говых сердечниках. Нарнду с фер·ритовыМ'И сердечниками иног­
да пр~именяю'Гся пермаллоевые ленточные сердеч~шюи. Последние
имеют преmмущес'Гва по величине проницаемости частного цикла и
термоста•билыности, но уступают по свойствам ферритовым сердеч­
ни:кам на высокой частоте, так как последние обладают высоким
уделыным электрическ1им сопро'Гивлен1ием и соо11ветс11венно малыми
потерями. Блаrода·ря этому большинство марок ферритов имеют
постоянную им1пульсшую проницаемость до частоты 1 МГц, в то
время как !llроницаемость ленточных сердечников быстро падает
из-за вихревых токо.в и при частоте от 5 до 50 кГц ста·новится
ниже, чем лрОJ!Ицае:-.юсть ферритов [25].
72

Пр!!! использовании ИТ необходимо знать следующие их пара­
метры:
1. Номинальная площадь передаваемого импульса (произведе-
ние ИХtи).
.2. Ток нама·гничиваlНИЯ /.
3. Индуктивность рассеяния обмоток L,.
4. Параз1итная ем1Кость обмоток Сп.
5. Габариты ИТ.
6. Ми1нимальная длительность им1пульса, при которой начинает-
ся опад И1м1пульсной проницаемости.
7. Макс1и:мальная ча1стота повторения переда,ваемых им11Iульсов.
8. Коэффициент транофор,мащии п.
9. Число ви·пюв входщых и выходных о·бмоток, марка про·вода
и его ди.а1метр.
10. Раз1меры сердечника.
11. Ма:кс'!!маJшно допустимый действующий ТО!К в обмотках.
1'2. Индуктивносrь нама•гНJичиnания перВlичной 0<бмоr:ки Lc т•
13. Активное :оnроти1вление обмотО!К.
14. Макоимально допу.стимое эюви1валенwое .:опротиrвлеиие вход·
ной и выходной цепи.
Имnульсные тра1ис.форматоры дол;ж,ны удовnеТ1ворять также тре·
бо:вания~м эк•СJПJrуатаnии.
б) Ресчет токе ·немеrнич·и·вен·ия тре.нсформеторе
с учето·м ре.зброса nа:ре,метров сердечн·иков
в д.иа1пазоне температур
Как уооазьrвалось в § 1щ, пр!!! 1rоrюльзовани1И магн11тных сердеч­
ников с большой нелинейностью восход1ящего учасТ1Ка ЛВст (Нст)
ра·счет поля на.магничива1ния должен производитЬ1Ся с учетом этой
неJ11инейности путем а1rrпрокс.mма1ци•и рабочего участка этой зависп­
мосТ!И прямой переменного на'Клона.
В этом случае разброс тока намаmичи:ва1н1ия трансфор•матора
будет определяться не только разбросам по величине Имiliульсиой
проН1ицаемости, но и раз~бросом по на•клону рабочего участка зави­
си1мости ЛВст(Нст) в заданном диа1Пазоне тeмiliepaтJ'lp.
С учетом (11) и (12) .макси:малЬ1ное lманс и м.ин1им.альное !мин
з:начения то'Ка нама.гничива1ния, определяемые технологическим раз­
бросом па·раме'Гро1в сердечников, могут быть ра•осчитаны следующим
образом:
1
/мин= w
Hl
1=-·
W'
дВо - дВаманс
]
-д~в---д~В-- (Нь- На) + На ;
Ьмин -
амин
1 [ дВо- дВамин
1макс=w дВ
дВ
Ьмпн- амин
(Нь- На)+.На]
73

Индуктив·ность намагничи·ва1ния в соответствии с (7) определяет­
ся вы~ражен.ием
[Low2S
дВ,
L - --- -----------------
мин-- l
ЛВэ-f"а\lииНа
н
н (Нь-На)+На
f"ьмнн Ь - f"щшн а
ЛВо
где μo=4:rt· I0- 7 Г/,м.
)
1
i (i34)
Одна'Ко существует большое количес'!'во серд€'ЧНИ'КОВ, исnол1,­
зуемых в ИТ, имеющих дост.атачно крутой и линей~ный хара~ер
восходящего уча.сттка за.виан.мости ЛВст (Нст). I( их ч•ислу в аснов­
ном относя-гся пеР'малJJJоевые ленточные сердеч1н111к·и .
Для этих сердечников проницаемость вое.ходящего уча·стка за­
виаимости ЛВст (Н ст) можно считать постоянной. Тагда разброс
тсжа н11маnничи1вания будет определяться разбросом параметров
сердечни1Ков по разбросу проницаемости от f"дмии до Р.дмакс и может
быть найден по формулам
дВ Umt
0
\
/мин= w~ = Lмакс ;
lдН
Ит fи
1 --------
макс - W Р.дмин - Lмин
'
(135)
где L - нндуt1п1И•вность 11амагю1чиван1ия, которая может быть легко
ра•СС'Чlитана, если из·весТ1На п~роницаемость 1шс11ного цикла при дан­
ном лв,
f"дмин p.cw
2
S1
Lмии= l
;
_
fLдмaкcfL o W2S
Lмакс -
l
(136)
Следует еще раз подчер·кнуть, что если ном1иналь.ная площадь
передаваемого ИМ1Пульса в ИТ соотве'I'Сrвует на.'11и.нальному зна­
чению мааrом.мально допустимого п-ерепада и1н.дукци111 ЛВ 0 в сердеч­
ни·ке во время иапыта:н111й или работы, то нели:нейность характер·исти­
ки ЛВст (Н ст) сердеЧНIИ'Ка необходюю учитывать толЬ1Ко в том слу­
чае, когда режим проверки сердечн.ика и реж·ИJм работы ИТ раз­
.'IИЧ•НЫ. На'I!р.имер, сердечю!'К nроверяекя 'ПP'lf за.данно:11 поле,
а 'l'рансформаrор - при заданном перепаде индукции, и наоборот.
Если же сердечник и трансформатор проверяются при одном и том
же перепаде индую~ии, то это от.ражает работу сердечн~ика в одiНоЙ
точке заJВиснмосТ'И ЛВ ст (Нс т) и нелиней•ность не сказывае'ГСя.
Одна1Ко провер·ка параметров сердечников в начале .и конuе ра­
бачего участка завwси·:11ости ЛВ ст (Нст) более полноцен·на и обесле­
чивает большую ун.иверсальность их щтменеиия.
74

в) Расчет максимально допустимой ,площа'д'и
передаваемых 'Импульсов и ча,стоты 'ИХ повторения
Прi!! конструирова'Н'ИИ им~пульсного трансформа'Гора максималь­
ная 'площадь передаваемого им~пульса может варьиро,ваться соот­
ветсrnующим выбором -срех параметров: перепада индукции ЛВ,
площади сечения S и числа витков w:
Увеличение S и w ведет к увеличению габар,итов трансфо1р1ма­
тора, поэтому желателыно пол:учить мак,сималь-ную площадь и'м~пуль­
са за счет макси.малыного перепада и.нду1и.1:ии путем выбора соот­
ветствующей марк,и маnниmого сердеаrника и рабочего учаока за­
висимости ЛВст (Н ст), где перепад индукции достаточно высок,
а ,на,сыщен~ия еще не наступает, как было показано в § ] ,в.
Площадь переда~вае:11ого ю11Пульса является одним из основ­
ных па,ра Ме1'ров им,пулысного 11ра:нафор~матора, ~пр,ичем дооускается
изменение ам1плштуды U m и длителыности импульса, но та'К, чтобы
произ'ведение их оста.валось постоянным, пропорrциональным мах­
симально допусп1мому значению ЛВо сердечн1ика. Пр1и этом ток на­
магничивания бущет одним и тем же.
Однако из1менение длителыноС11И в меньшую сторону может по·
влечь за собой у1величение потерь и в овязи с этим рО'СТ тока на­
ма1111шч1И'ВМIИЯ. Увеличение то,ка намагничива1ния овязано с у~мень­
шеиием им1Пульоной проницаемос11и сердеЧ!ника μи по сравнению
с проницаемостью ча,стного цикла fJ- .a . На практике у~меньшение про­
ницаемости μи может ИН()IГДа встречатыся при длительности импуль­
са меныше 0,5 мкс у фер1ритовых марганеrц-щ1инковых сердечнтов
с высокой пр0<ницаемостью, имеющих меньше, чем у других марок
фер,ритов, поверхнос1111ое сооро'!'Ивление, а также у пермаллое,вых
сердечниюоrв. К:ак было 1Показано в § 2,'В, уменьшение μи по
сра:внению с !J-д на 5% наступает при длиrельности импульса:
fJ-дfJ-o
tи=20-ср = 20JГо"
Вторым крИ"Герием выбор,а мин1имал11но допус11Имой дЛJИтелыности
служит саморазогрев сердечника при малой длительности импульса
и высокой частоте повторения.
К:ак было показано в § 2,з, минимальную длительность им­
пульса, определяемую допустимой мощностью Рдоп, которую может
О'Гвести сердечн1ик данных раз,меров, можно раосч~итать по следую­
щей формуле:
v --sг-
tи.мин= ЛВ R--P- •
о доп
Минимальный период повтор,еншя импульсов определяекя вы­
ражением
75

причем fмаис= 1/Тмяк. где R'в - приведенное сопро11ивлеиие на­
грузки.
Tarкn:11 образом, пр·и разработке трансформ а l'оров, ра•ботающих
при большой частоте повторения и малых длител1:1Ностях импульса,
появляются требования, противоположные изложенным выше. По­
с·кольюу МОЩ!Ность Рдоп определяеl'СЯ в основном разм е рами сердеч­
ника, для уменьшения саморазоnрева необходимо увеличивать га­
бариты сердечн·ика . Уменьшение tи . мии и у:велиrчение f маис может
быть дос11игнуто ломимо увеличения шуштнру ющето сопропvвления
потерь Ro, сопротивления нагрузrки и прон1ицаежх:ти частного цикла
,...д толЬ1Ко за счет снижения зна•чения перепщда J11ндук,Ц'ии ЛВ.
У1:11еньшение rперепада и.ндукции ЛВ может быть прои з вед ено ил~1
за счет выбора ма.рок сердеч.нико в с малым ЛВ или за счет. ра'6оты
на ·Началь1Ном участке заВIИ'СИМости ЛВст(Нст) в полях Н=Н",д,щкс'
где проницаемость ,_,.д и:11еет маrк симум , а перепа ·д инду:wции ЛВ не•
э·на ·чителен.
5. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В ЦЕПИ ИТ
С УЧЕТОМ ПОТОКОВ РАССЕЯНИЯ ПО ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМАМ
а) Расчет nе•реходного процесса в цеn·н ИТ
Раоомотрим сначала переход1ный процесс в тра.нdформаторе без
учета И!НДJ'IК11ИIВНОСТИ раосеян·ия и парази'l'ных емкостей обмоток и
О1Пре.дели1м выраже.ния, характеризующие ·изменен·ия то&а в первич­
ной i1 и во втори·чной цепи 11раноформатора i2 в за~иси.:-..юс11и от в.ре­
менrи деЙIСТвия и:-.~rп~ульса.
а,)
б)~
Рис. 48 . Принципиальная схема трансформатора (а); сердечник
с двумя обмотками (6).
Решив ура·внения переходного процесса в цеп·И и .vюульсноrо
тра:ноформатора, изображеwного на рис. 48, считая, что Ф.,=Ф.2 =0,
пмучпм:
·
Um{1 R2
[
R1R2
]}
11=-
-
ехр
t
R,
R2 +R1n2
Lo(R2 + R1n2)
Итп [
R1R2
]
i2= R2 +R1n2 ехр
Lo(R2 + R,n2) t '
где n= W2/W1, а Lo - индуктивность нама·~НИ'Ч•ива.и ия.
76

Отсюда видно, чtо tок i1 в моменt включения изменяеtся скач­
ком от О до значения
и
н затем постепенно увеличивается до значения i1(00) = R;. Ток i2 в
момент включения также изменяется скачком от О до значения i2(0) =
Un
w2
=R
2
+ Rin 2 = i(O) -w;-• а затем постепенно спадает до нуля.
0'Гношение м111н0<ве~н1ных токов 1в первиЧiной i1 1И втаричиой i2
обмо'!'Ках может rбыть rрассчитано []rO форм·уле
Если счJИтать, что коэффиц111ент 1перещачи 11рансформа11ора q ра­
вен 011ношению а.м~плштудrных з:начений тока rв []ервичной /1 к току
во rвтар.ичной обмо11Ке / 2 , то его значение выраз1итtся слещующи:м
образом:
Это выражение верно при условии, что при f=·fи
R1R2t
Так·иrм образом, []рИ 011с•у'Гс'ГВИ1и и1ндук11ивности рассеяния коэф­
фицrиент передачи определяется ооотношением сО1П1ро11и1влений пер'ВИЧ­
ной и 1вrо:р1ичшой цепей ~ра1Нсформатора и коэф!фициента траш::фор­
мации.
i1 (О)
1
Для момента времени t = О i
2
(О) = n, т. е. коэффициент пере-
даЧJи тока обраwо пр·ОIПОр!Ционален коэффициенТIУ трансфор1мации,
что объяоняется отсутс11вием .mндук11ивности раlОСеяrи·ия.
Ра.оомотрrим []ере.ходный 11роце1Ос 'В цепи ИТ с учетом индуктив­
нооrи ра~еян'Ия.
Пrри расчетах трансфорrматоров без иmолызОIВаrния эквивалент­
ной схемы чаще всего приме~няется следующая оценка индук11Ивности
р асrсеяНJИ я.
Пу;сть Ч'1 - потокосцепление лервич;ной обмотки, ~::оздаваемое
протекающим в 111ей током, при разомкнутой В'ГОРИЧIИОЙ обмотке. Вто­
ричная обмотка ямеет потокОIОЦепленме Ч' 12. Выраз1им []ОТОкосцепле­
ние через потоки Ф1 = Ч'1/w 1 и Ф1 2 = Ч'12/W2 соответствеиио.
Если бы 111н одна маrнИ1'ная лuшия не []роходила 1в .воздухе, по­
токи Ф1 rи Ф 1 2 были бы ра·в:ны друг другу ·и :mредста·вляли ·бы ~ЦеЙ­
С'ГВИтельный []Оток индукц~ии, проходящий в сердечнике трансформа­
тора. Однако лз-за наличия линий рассеян111я ·в 1воздуJ1е эти []Оrоки
77

нескоJtь'!{о .отличаю11ся от ·маrнитноrо 1поtака в се.рдеtJ~ни.ке. Их ра~-
ность
(137)
называют []оrок ом раосеяния l!!ерrвичной об:мо'I'юи. Коэ ффиц·иент
м
k =---=
(138)
VL1L2
называют 11ю э фф-ицме.нтом свяэи, UiрИче\\
k = vk1k2'
(1391
где k 1 и k 2 - ·ко э ффиЦ!иенты овя зи 1пе; р ви 1чной н ·вторичной обмоток
трансфор1матора no отдельности.
78
Тоrда ·нндуктивн.ость 1первИ'iной об мо т ки
W1Ф1
L1 =-.-
(140)
11
и1нду~к11и1вность раосеяння Uiерви'Ч~юй об м отки
wФs1
Ls1 =
-i-
1
-
инду~кТ'ивность ·на м аrон ичивания
W1Ф12
Lo1 = L1-Ls1= - -.-
= kL,;
11
взаимная индуктивность
W2Ф12 W2
W2
М= -.
-
-=-
Lo1 = -k,L, .
11
W1
W1
( 141)
(142)
(143)
А:налогич1ные за1виоимости имеют .место для втоμичной обмотки:
w2Ф2
L2=-.-
t2
индуктивность рассеяния
L _ W2Фs2
52-
i2
индуктивность на ·маnн·И'ЧИ!Ваl!IИЯ
W2Ф12
L02=L2-Ls2=- -
.-
= k2L2;
12
взаимная индуктивность
W1
W1
М= -Lo2 = -k2L2.
W2
W2
На основании этих выражений
W2
~
Lo2=-
М·Ls2=L2- - М·
U't
'
W1
'
k=V
М = VL01Lo2;
(L1 - Ls1) (L2 - Ls2)
L1L2
(144)
(145)

ПрiИ :воздейег!!1и11 на 1'ра1ноформа1ор, 1!! обмотках к.отормо присуt­
ствуют ~потоки рассеяния щеально п0ря1моугольного им1Пульса, 1Пере­
ход1ный []роцеос будет ою·исываться следующей системой дифферен­
циальных уравнен,ий [9]:
Перепишем эти уравнения дЛЯ изображений
и
(R1+pL1)!1+pMl2=p;
рМ/1 + (R2+pL2)12 =О.
Решая их, находим:
1-
и (1+ /fi2)
1
-
pL1't2 (l - k2) (р2 +ар+ Ь)
Ми
12= ~~-,-,-~-o-,---,..~...,.-~~---,--
L1L2 (1 - k2) (р2 +ар+ Ь)
F1 (О)
pF2 (р)
Fз (р)
Р2(р)'
L1
L2
где 't1 = R;; 't2 = ][;-постоянные времени каждой из катушек;
а=11
k2 (+.-+*)
1
ь= (!- k2)'t1't2 •
Решая ха рактеристичеакое уравнение
F2(P) =р2+ар+Ь=О,
находим его корни:
Р1•2= -
2 (1 -k2) -;.--+-:с;-±
1
[1
1
+
-+-
-
.
V(11)2 4(1- k2)]
-
't1
't2
't1't2
(146)
Прmменнв к выражению для т<жа / 1 и / 2 теорему разложения,
получим:
И[
1 + P1't2
1 - P2't2
]
i1= ][; 1+Р2 Pi_р2ехр(p1f)- р1 Pi_ Р2 ехр(p2t) ; (147)
k2U
Очевидно, что при Р1, P2<t токи i 1 и i2 состоят ·Из двух составля­
ющих, затухающих ·С различными ко'>ффициентами зат~хания р 1 и pz.
79

На ,рис. 49 приведены ·расчеrные за1висююсrи токоrв в !Пер ,В~ич,ной
vбмотке i1 и 1во вrо.ричной обlмоrке i2 от ~времени 1нарасrанQ1я
и-М!Пульса .напряжения. Расчет производился !П.рименнтель110 к одно­
витковой первичной и вторичной обмоткам трансформатора:
W1=W2=l;
V=115 В; R1=iR2=lO Ом; Li=L2 =0,2 мкГ;
k=0,75; М=О, 15 ,мкГ.
Из рис. 49 видно, чrо из свободных сосrавляющих i'2 =
=
2~ ехр (- L ~ М) затухаеr медленно, т. е. имееr большую по­
стоянную времени, определяемую суммой индуктивности и взаимной
индуктивности L, а при k = 1 постоянной ~времени цепи L/ R. Вторая
сосrавляющая i"2 =
2~ ехр (- LRt М) затухает быстро и опреде­
А
а
- 0,5
-1,О
u7z"
l
ляеrся разносrью L и М, а при
оl'Сутствии рассеяния эта сосrав­
л~ющая отсуrсrвует.
Кроме того, 1на ри·с. 49 nока­
зано, ка'к ·изменялся бы ток i1 пер­
вичной 06.:\!ОТ'КИ, есл,и -бы 'Вторая
была разомкнута. В эrом ·случае
rок i1 Оlпределялся бы след у ющим
выраже.н'иеtм:
i'x .x = ~ [1-ехр(- ~ t)].
Рис. 49. Зависимости тока
в первичной обмотке i 1 и тока
во вторичной обмотке i2 от вре-
в ~первые •МОМеtНТЫ !ПОСЛе
включения ток в .первич1ной обмот­
ке увеличиваеrся быстрее, чем он
воз'Растал ·бы •при разомкнутой
вторичной обмотке. В эrом можно
убедиться, подсчитав началЬ1Ные
значения 1mроиЗ1водных в обоих
случаях. При замк1Нуrой в rоричной
обмотке
мени .
(
di1\ -
и
dt)t=O - (1- k2) L'
а при разомкнутой вторичной обмоrке
(
di1)
и
dt t=O=y.
В первом случае !Произ1водная больше, поэrому ток pacrer быст­
рее . Начиная с некоторого момента времени ток i1 растеr медленнее,
чем 'П'ри .разом:к.нутой ~втор'И'ЧIНОЙ катушке.
Кроме того" ток i 2 ·)"менырается, и з1на1К его !Произ,водной из·мс­
няется на обратный !При t>ti.
80

Найдем время fманс, lflp.и котором а,мплитуда тока в выходrной
об:11оrке трансфорrматора 1мак1симальна. Для этого найдем производ­
ную по 1времени .и пр~ира<вняем ее ·нулю:
di2
k2U
1
dt= (р2_ pi)(1_ k2)М (р1ехрpit- Р2ехрp2t). (149).
После преобразований tмакс равно:
ln~Р1
(150)
Тогда ма:ксимальная а·мплитуда тока l2макс ~может быть найдена
при .t=tманс:
k2U
12макс = -
(р2 - р1) (\ -k2) м (ехр р1tмакс - ехр р2tмакс>·
Раоомотрим формулу для :расчета ~ю~циента передаЧJи как
амплитудJного соотношения токов rв 1первИЧНQЙ и оо вторичной обмот­
ках. П1>и iП;Остатоqно большой длительности ~мпульса, когда Р1tи-:-+
и
'
-'+оо и Р2iи-:-+оо, амплитуда /1-+ [[;, а коэффициент передачи
/ 1 R1k 2 (ехр р1tмакс - ехр р2tмакс)
-т;=
(р2- р1)(\-k2)м
(151)
ОчеВИд!НО, qто, чем больше 'Индуктивность рассеяния и меньше
1юэффициент 1авяз:и между обмотками, тем 1н.иже коэффициент пе~ре­
да\!jи. Коэффициент передачи 1В этом случае определяет~ся соотноше­
нием эквивалентных 1сопроruвлений первИЧJной и 1вторнчной цепей
тран1оф·орматора, [Юсто.янных времени Э11ИХ цепей и значением 1Коэф­
фициента овяз~.
Прruменяемые rна п1раiК11ИКе формировател;и н,мпульсов часто имеют
доволыно 1большую длительность нара 1стаrния фронта и1м1пульса, с ко­
торой :необходи:110 счит_атыся. Предiположи1м, что иМ1Пульс 1имеет тра­
пецеидаль:ную форму .с л:инейным ха,рактером переднего фронта tФ:
и
'
и(t) =·-1-·
ф'
тоrда, пр·нмен1wв интеграл Дюамеля, найдем выражение для тока i2
в выход.ной обм.о11Ке трансформатора для O<t<tФ:
.
k2U
( l-expp2t
l-expp1t)
t 2 =tФ(p2-p1)(l-k 2)M
р2
Р•
'
Ток i 2(t) в течение времени дейетв~ия всего ,н,мпульса (при
идеально 1корютком срезе) ~может быть ~Выражен следующим образом:
k2U
(1 - ехр Р2tф
i2 (t) = tФ(р2- р1)(1- k2) М
р2
k2U
+ (Р2 - Р1) (1 -k2) М [ехр Р• (t-tф) -ехр p2·(t- tф)].
6-652
(152)
81

Лродифференцирова'в эtо выражение, 1на/\дем время fманс. при
котором ток i2 >МаЮСIИмалеи,
-
L".::c.:;...__;
(153)
Время lмакс хара1Ктеризует задержк;у ф.ронта импулы:а тока во
вторичной обмотке от:носительно фронта импульса тока 1В первичной
обмотке за счет ·инду~кгивност.и раосея·111ия. Однако ·В реальном транс­
фо.рматоре эта задержка определяегся еще 'И паразИ11НОЙ ем,костью.
Итак, по результатам 1ра·9чета переходных процеооов в цепи
тра1нсформатора :можно с.делать следующие :выводы:
1) ток в выхо~ной абlмогке состоит из двух составляющих, за­
тухающих с различ1нЫ1м;и ~коэффициентами затухания, перiВЫЙ ОПJ~ед~­
ляетк:я И'Н'д)'IК"IШвностью первич:ной обмоТJКи, а ~второй - индукти1В~но­
стью рассеЯiния. Пер,вая свободная составляющая этого тока затухает
медлен·но и имеет большую постоян1ную 'Времени, вrорая -·быстро.
При отсусгствии ра1ссеяния вторая ·составляющая отсу'Гствует;
2) ток в пер1в•ич1ной цепи грансфор.матора сначала увел:И"Fнвается
быстрее, чем он ,возрастал ·бы при разо.мюнутой ~вторичной обмотке,
а нач·иная с некоторого момента .В~ремен1и - ~медленнее.
б) Физ,ичес1кая сущность индукт·ивности рассеяния
и 1взаимос·вязь способа ее 'определения с ·выбором
экви1валентной схе.мы замещен·ия трансформаторной
цепи
Ооновные предста.влен.ия о физической сущности индуктивности
ра•ссеяния в обычном траноформа11оре, ~11] оводя'I'ся к следующему
(рис. 48).
!. Все поле, 0образовЗJнаое 1'0Ка1ми двух ~контура.в, >М·ожет быть
разбито на три области: две области, занятые магнитными потоками,
величины которых определяются толь:ко током соогве·'I'СТВующего
конТ!Ура, а грiгья о'6ласт-ь занята 11Iотоком, величина JКотороrо опре­
д.еляется то·ка,ми обеих цепей.
2. Передача энергии .из ·одной цепи в 1другую определяется
общи.м 11IОТ01юм, охватЫ1вающим Ма контура. Потоки рассеяния ае
принимают участ.ия в передаче энерлии.
3. .Потоки ра1осея111ия овязаны ·с одним ИЛ'И друтим из контуров
и определяЮ'ГСя только тrоrом, ~который их создает.
НЗJILишем уравнения для JJОТокооцепо11ений каждой из обмоток:
чr= L1i1+Mi2; }
чr2 = L2i2 + Mi1.
Представим каждое из потокосцеш1ений в виде двух слагаемых:
чr1= L1/1+Mi2 = чr12+qrts; }
чr.= L2/2+Mi1 = чr21+qr2s•
где Ч'12 и Ч'21 - слагающие, за1висящие от тока.в обонх контуро-в, со­
здаются главНЫIМ ПОТОКОМ 1В Ma·Гll'lfl1HOM сердеttН'И'Ке, а '1'1. ·и '1'2. -
слагающие, зависящие только от тока одного контура, которые
<Называются потоками рассея111ия.
82

Очевидно, что два ура1в•иения иедостаточны 1для одiНозиач111ого
разделения ~юля на тл·а·вное поле и !Поле рассеяния. Необходимы до­
ПОЛ!1штель11ые услов.11я.
В .качестве дооолн1ителыных условий ,можно 111рИ1Иять оrоутст.в11е
гла1вното потока. Бели '! '12 ·='1'21=0, то остается -rистое поле рас­
сеЯJНия:
откуда получаем:
qrls = L81l1 = Lil1 +Ml2;
qr2s = L82l2= L2i2+Mi1,
L51 =L1 +Мп;
м
Ls2=L2+n'
i2
где п =-: - Т~ - коэффициент трансформации.
}
Отсюда Jl!Идно, что mю.ооб определения JJОЛя рассеяния 111 ~коэф­
фициент трансфQI>IМаu:ии тесно овяэаны .между собой.
Существует неск·олыко способов ооределения 111мя ~рассеяния,
каждый :из которых может быть принят 1при условии соответсrnующего
вьnбора коэффищие11та тра1н1сфор·мщин (11].
iВ иас'I'оящее 11ремя 1в основном [JОЛЬЗую'I'ся оJJределением: поля
рассеяния, когда чистым 111олем ра.ссеяния считаеrоя поле, образо·ван-
111ое !При ~встречном включении ~контуров, т. е. кmща собс'!'веиный по­
ток KOH'J'Y.pa противоположен потоку ·взаимоандукции от д,р.угото кон­
тура, П1JJiИ ра~ных з11ачен.иях токов обоих контурОIВ. В СЛ!)':Чае рас­
пределенной обмотки с различным числом витков w 1 и w2 чистое
поле рассеяния будет иметь место {44] при условии
.
.
W1i1 +W2i2 = 0.
Тогда
откуда
Очевидно, что 1в связи ·С этruм определением рассеян:ия коэффи­
циент тра111офо·рмации 111р111н•амается рав.ньnм от.ношению числа витков.
Основные соотношения, вытекающие из этого метода определения
L,, были уже приведены в § 5,б как общепринятые.
Второе определение ин:цуктиrвности рассеяния оснО1Вано на пред­
положенwи, что ЧJистое попе раосе5rНИя ~возникает при таком соотно­
шенruи токов обоих IJ('()Нтуров, когда оора1ведливо •равенСТtв·о
L1/21 L2t 22
- 2-=-2 -
6*
83

и 11ото~и ~включены навстречу. В этом t:.Лучае
п=- :: = vz:,
(154)
а индуктивности рассеяния определяются выражениями
Т'ретье определен ие 11юля 1рассея1ния основано на то:11, что чисты:.1
полем рассеяния считается поле трансформатора при коротком за­
мыкании. Но 111оскольку коротко е за м ьrка1нне может ~быть 111·раизведе­
но для любой из обмоток трансформатора, то для каждой пары
контуров будут существовать два различных поля р а ссеяни я . В со­
отвеrствия с этим ~получаются ~ два з·наче·ню1 индуктивН"ости для
каждой обмотки трансформатора в зависимости от того, которая из
обмоток короткозамкнута.
Пр111 коротком замыкании l!ITOporo !Контура
и, следовательно,
IF'2 = L2l2 + Ml1 =О;
i2м
n=-т=т;
м2
Lsl=L,-
Мп=L1- J;;;
м
Ls2=L2- n =О.
При короткоза·мкн утой 1перв~ичной обм отке буде)I! .иметь :
Спедо ва тельно,
IF', = L1i1 -Mi2 =О;
i2 L1
n=--т;= М
Ls1 =О;
м2
Ls2 =L2-т;
(155)
(156)
Оооовным 111реимущес11вом 111epooro !Метода определения 111 ·оля рас­
сеяния, вследствие которого он 111олутqил широкое ~распространение,
является 'Иа,ибо ,1ьшая 111Jростота количес-гвенного определения 111оля
нндукт111Dностей ра,ссея·ння .L .1 и L.2 IПО ~сравнен·йю со всеми друI111ми
метода-мм .
Когда обмотки ИТ на1Кладываются щруг на друга, .расстоя111ие
·между ними очень мало н, следовательно, мала и индуктивность рас­
сея1rия, а коэффиц#ент С!JЯЗИ близок !( ~1р1щ~.
84

Инду~ктив.ность раосея.ния таких т.рансформаторов
рассчита·на 1по формуле [8]:
'
может быть
.
[1-01tDw2 ( Еа )
Ls=
h
,л +т'
(157)
где а - толшJИна катушек; Л - зазор ~между катушка1ми; D - сред­
ний диаметр обмотки; h - высота !Катушки.
~По !ЭТОЙ формуле 'МОЖНО 111рО'ИЗВОДJ!ТЬ ра'ОЧет только для 'МIНОГО­
витковых обмоток, намотанных друг на друга с близким111 велич.ина­
ми Ч111сел ·внтков (•рис. 48,6). !Прн другом ра:аположении обмото·к рас­
чет 111•нд;уктивнО'сти рассеяния О'Чень сложен и не дает· достаточно
верных результатов.
Расчет может быть также п,роизведеи по упрощенной форму­
ле (34):
[1-ow 2V
Ls= __
h_2_ '
где V - объем, заключенный ~между катушка1м·и.
(158)
Отсюда следует, что и:нду~ктив•ность ~рассеяния являеl'ся парамет­
ром ч.исто КО'Нстру1кти1вным н не зависит от •маnнитной 1Це[]И транс­
форматора. Отношение индуктивности ра1осеяния к индуктивнос"Г'i1
намагНlичивания не за1висит от числа ~витков и []1ропорционалЫ10 про­
ницаемос11н матер11ала сердечника:
(159)
В им1пулы"ных ·транtфО'рматорах желательно, ·чтобы L/L, было
не менее 1000.
Одним из основных свойств сердеч.ника тран1сфор1матора я•вляется
индуктив:ный \рактор, т. е. отношение L/w 2 для данного объема сер­
дечника, которое должно быть велико на столько, на сколько это
воз1можно.
в) Расчет переходного процесса в цепи, содержащей
различные э.кв·и.валентные схемы замещения
трансформатора
При исследовании реж1има ра1боты ИМ>пуль~оных трансформа'Горов
широко п1рименяюТ1Ся эквивалентные схемы. Получившие раап.ростра­
нение ·эквивалент:ные схемы тран•сфО'рматоров отличаются между со­
бой коэффициентом 'приведения, который часто называют козффн­
цие·нтом трансформации идеальнО'го тра1Нофор1матора. Коэффиц•иевт
транофор.мации идеального траноформа'Гора - •величина неопределен­
ная, характеризуемая еле.дующим отношением:
U2 i'2
а= ur;=-y;•
(160)
в то ~время как номинальным коэффициентом трансформации реаль­
ного трансфор.матора считается ·величина, рав:ная отношению ~исла
витков •вторичной обмот.юи к числу витков первичной обмотки:
n=~=,/k2L2 =·/' Lo2
W1]Vk1L1 fLo1'
85

Сущес'!'вуют три основных ·вариwнта Э'К·ВИ1вален11Ных схем тра.не­
фор м аrора !11ри ·работе 1В ИJМIПул ьоном режи·ме, которые MQryт быть
ИС!llОльзова•ны nри •р асчетах :ВIMecro п•ринципи альиой ох емы (рис . 48) .
Основная задача , которая ста ·витс я при ра з ра ·ботке · эювивалентных
схем - получение б олее 111'ростых !110 ·сравнен·ию с расчетом по 1прин­
циальной ~схеме .выражений, опи.сывающих переходный 'Процесс 1В ИТ.
Ls1
Рис. 50. Эквивалентная схе­
ма трансфор·матора при
Ls
условии .L,1=L,2- 2 ·
Симметрична.я схема замещенИя ffiоказана на рис. 50. Параметры
этой схемы за•мещения следующие:
а="/ L2 =~=n·
vL1 W1
'
Ls
L51= L52= 2=L1(1 -k2);
Lo=аМ=kL1.
(161
Эта схема оо01'ве'\"Сr.в ует частному случаю, если принять
L1P 1/2 = L21"22/2 ·С учетом допоЛ1нительноrо условия L,1 =L.2, что
у.прощает ~расчет.
c_+-L-o_L _'s_z __ _.
Рис. 51 . Эквивалентна я
ма трансформатора
условии L,1 = О.
схе­
при
На 'РИС . 51 ~цри.ведена схем а з а1мещения ИТ с :индукти1Вностыо
в первичной обмотке , ра вной нулю, имеющая следующие
ра ссеяния
парамет.ры :
м "rт;
а= ri=k у Т~ =kn;
Ls1=О;Ls2=Li(~2-1)
(162)
Схема замещения, имеющая иидук11ивность ра ссеЯ'НИЯ во ·ВТОРIИ'l­
ной обмотке, равную !Нулю, 111рив едена на 1рис . 5'2 .и имеет следующие
пара•метры:
(163)
86

Для И'f, 'Иапользующих сердечники 'С 1высокоfr юшульсноfr 111ро­
ницаемостью, :коэффицrиент овязи отJLичается от l не более чем на
1-2%. Для та,кото траноформатора k~l, а ,эwвивален-гные схемы,
приведеи-ные на рис. 50-52, дают ~почти од,инако.вую шунтирующую
индукти1вность на1ма,rничива1ния '!! индуктивности рассеяния:
Ls
1) симметричная схема L 51 = L52 = Т;
L=2Lo(l-k);
Рис. 52. Эквивалентная схе·
ма трансформатора при
условии L,2=0.
Lo
2) схема, имеющая L. во вторичной цепи н Lsi =О,
L'н
--.----
ti
R~
(
1
)
(\- k)(\+k)
Ls2= Lo fi2- l
=Lo.
k2
::::::2Lo (1-k);
3) С·Хема, и,меющая L, 1!! перВ1ич~ной цепи и Lв2 =0,
L,=,Lo_{l-k2 ) =Lo(l-k) (l+k) ~2L0 (1.:.__k).
~
~и;
АналогrиtШiо и-нду.кт.ивность намаrn·ичивания ра1вна приблизитель­
но L 0 для 1в,сех трех случаев. Та~им образом, .можно о-гметить, что
ЭквИ1Валентная схема •импульоноrо трансфор1матора состо.ит из 111осле­
дователЬ1Ной нн.ztуктивности рассеян1ия и параллелЬIНой индуктИIВ:ности
нwма·гничнван'Ия Lo. Ин.п.укт.ивность ра,осеяния может быть .включена
сП!ра:ва от Lo, слева от ·Lo 111ли ~разделена иа две часТ>и, RКлючаемые
оора,ва 'И слева от Lo.
В соо'!'ве-гс11ВЮI с предста.влен,ными схемами за~мещения импульс­
ного трансформатора можно рассчитать формулы для тока i2 во
вторичной обмотке:
1) для сим1метричной схемы замещения (рис. 50)
Umk (ехр p1t-exp p2t)
~=
•
У(R1 +R2)2 - 4R1R2 (1 -k2)
где
при л·иней~ной нарастающем фронте и1мn,ульса напряжения, пр.Иложен·
ноrо к первичной обмотке,
Umk
tФУ(R1+R2)2 - 4R1R2 (1- k2) Х
х(
l-expp1t).
Р1
'
87

2) для схемы зшмещеню1 с индуктивностью рассея.нин только во
вторичной об:11отке (рис. '54):
где
(~+ R2) ± v(~+ R2)
2
-
4R1R2 (f--1)
2L1 (f--1)
пр•и линейно ·нара·стающем фронте ИМ1Пульса 1на1Пряжения, приложен­
ного к пер·вич:ной обмотке,
Umk2 (ехр p1l - ехр p2t)
i2 = --=:-:==============
У(R2 + k2R1) 2- 4R1R2k2 (1 - k2)
Р _ _ (R2+k2R1)±У(R2+k2R1)2- 4R1R2k2(1- k2)
1•2
-
2L1k2 (\ - k2)
при линейно возрастающем фронте импульса напряжения, прило­
жен1ного ,к пер:вичной обмоТIКе,
\-expp1t )·
р1
Все три раоомотре·н:ные rсхемы •заrмещения тра:наформатора ~имеют
громоздкие формулы для ~вычисления ~постоянных ~времени (кар.ней
характеристического ураВ1Неиия Р1 и Р2) и тока i2 ,в ,выходной обмот­
ке. Поэтому .обычно !Переходный 1Процеос в цеп,и ИТ ра·ссматр11.вают
упрощен.но rпо частям, ка·к rбудет ~показано в § 6.
г) Экспериментальное ~исследование .индукт.1-tвности
рассеяния разновитковых обмото·к
Пр1именяемость импулЬ1Сных 'I'ра~~.офор.маторов 1весыма разнообра.з­
на и в со011Ветствии с этим определяется выбор •метода определения
индукти1вности rраасеян·ия.
88

.Здесь будут 111р~ведены э-юспе­
риментальные хараrктер~истиwи ин­
дJ'IКтивностей рассеяния и ко·эфф~i·
циентов связи од·но- и rμидцати­
витковых обмоrок в зав·ис111мос1'И
от раз.меров серде11ника, его маг­
ниrной !ПJ>01пщаемосгн и р асrюло­
женг,~я обмоток относительно друг
друга. Эти да.иные мотут •быть
иопользоrваны при конструирова­
н11;и транdформаторных ПЗУ, .где
адресный провод f!IO существу
является одновитковой пер·вич·ной
обмо11кой трансформатора.
Для того '!Тобы сравнить ко­
эфф•ид:иенты связи •ОДНОВИТКОВОЙ н
многовиТ'Ковой обмоток, •измерения
произ•водилмсь •для каждой из них
в отдельносги.
Иопытан1ия 111·ровод1Ились на Рис. 53. Раоположение обмо-
приборе для измерен11я индук- ток при измерении индуктивно·
тивностей следующи•м образом.
сrи рассеяния.
Сначала опрмелялись коэф-
фициенты связи Од1НОВИ11КОВЫХ обмоток. Для этого 'НЗ прОТIИВО!ПОЛОЖ·
ных сторонах сердеttника наматывалось по щве б·ифилярные об.мотки
Wi, W2 и Wз, W4 (рис. 53).
Индукгивность рассеяния 11з•мерялась для о•бмоток w1, W4, .кото·
рые подключалась поочередно ~к измерителю индуктивностей при
коротком замыкан.ии w3. К:оэффИJu;иент связи llIОдсчитьrвался по фор·
муле
L-L
8
k=-L-
(164)
Таблица 9
Характеристики катушек с ферромагнитными сердечниками
"
iЭ Индук-
Обмотки разнесены
Бифилярные
Материал
g:i
о"' тивность
1
1
сердечника
" ...
5~ обмотки
Ls,
8. ...
L5, мкr
k
k
t:~
",..
L, мкГ
::r~
мкr
Гетинакс
-
30
1,483
-
-
0,48 0,675
1
-
-
-
-
-
Феррит марки 320 30 58,5
19,92 0,66 0,525 0,987
350ННИ
1 0,061 0,0287 0,53
-
-
Ффрит марки 960 30 173,5
21,8
0,874 0,418 0,9988
-!ООО
1 О, 143 0,036 0,75
-
-
Феррит марки 1530 30 275,5
21
0,925 0,45 0,9988
!IООНМИ
1 0,213 0,0395 0,819
-
-
Феррит марки 2060 30 375
19,6
0,973 0,456 0,9999
2000HMI
1 0,282 0,435 0,84
-
-
7-65i

Для испытаний были выбраны сердечники одинакового размера
1ОХ6Х12 1 (.мм), но разных материалов: из немагнигнаrо материала -
гетинакса, из ферритов марки 350ННИ - с проницаемостью 320;
Ф-1000-с проницаемостью 960; 1 lООНМИ- с проницаемостью 11530,
2000НМ - с 1прон,ицаемостью 2060.
Для тридцагивитковых обмоток 1иопытания проводились анало­
ГИ'ЧНЫМ образом.
На рис. 53 и табл. 9 приведены экспериментальные да'нные.
а
500
1000 1500
Рис. 54. Зависимость величины
коэффициента связи от проницае-
мости сердечника.
!(ривая а - w -1 , обмотки разнесены;
кривая б - W=30 . обмотки разнесены;
кривая в - W=30 , обмотки намотано!
бифилярио.
l..p. к-­
мкг
5а 1,0 ""--=---+---т-+------tl----<
за о,б
za о,ч
10 a,z
оо
/
/
х
к
D
5
10
15 мм
Рис. 55. Зависимость величи­
кы коэффициента связи от раз­
меров сердечничка.
Таблица иллюстрирует разницу величин индуктивностей рассеяния
ОбМОТОК rСердечНll'КОВ И КОЭффИЦИеНТОВ ОВЯЗИ ОТ :их 1ВЗаNoМОра1ОООЛО­
Ж€1НИЯ. У разrнесенных между собой обмоток коэффициенты 1связ11
знач'ительrно меньше единицы, особен:но у катушек с >сердечннкю.ш
низкой дроницаемости. Индуктюв1ность рассеяния IП'рактически не за­
вясит ·от 1прон 1ицаем,ости материала сердечника для катушек, 111мею­
щих 30 rвигков. У одно1витковых катушек наблюдается некоторая за­
висимость и1ндуктив,ности раосеяния от 111роницае:11осги :материала
сердеч,ника.
Коэффициенты связи омювитковых rо'6моток значительно ниже,
чем у трид:цагнвитковых, и ,в ~большей ,степени заrв·исят от про,ницае­
мости материала сердечника.
На рис. 5'5 приведены за1виси,мости L. rи k для тридцат'ивитковых
катушек от внешнего диаrметра сердечника (обмотки были разнесе­
ны). Для испытаний rбыли IВЫбраны ·сердечники с одинаковой !Пrро­
ницаемо~ч,19 μо= LOOO, но Р.азиого размера: _7Х3,9Х2; 15,3Х 11 Х8,4 11
17,4 Х8,§Х6,2 (1мм). С '}"величеюsем раЗ1меров сердеЧJника индуктив­
ность ра1ссея~ния ра1стет, а !Коэффициент связи !Падает неаначителыно.
90

6. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В ЦЕПИ Иf
С УЧЕТОМ ВСЕХ ПАРАЗИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
а) Пара,зитные параметры ИТ
Паразитным111 параметрами ИТ являются индуктивности рассея­
ния и собст,венная емкость трансформатора, состоящая нз межвнтко·
вой и межобмоточной емкостей.
При раочете искажения формы переда1ваемого им111ульса в ИТ не·
обходи1мо у~rитьшать IНе только 1индуктив,ность рассеяния, но и воз­
никающие ·В •нем 111араз111тные емкости: межвитковую ем,кость и
ем,кость между обмотками. Межвитковая емкость, как пра.вило, пре­
небрежимо мала 1110 сра,внению с межобмоточной емкостью {34].
Если расстоян11е :между обмотками мало по сравнению с попе­
речными размерами сердечняка, то два слоя мож,но ра":сматривать
как обклад:ки конденсат·ора с 1параллельоными пластина,ми (рис. 48,6),
а емкость С0 ~между слоями определяется выражением
EE0S1h
Со=-д-
(lG'5)
где S 1 - сре.щняя дллна окружности обмоток; е - диэлектрическая
постоянна,я •изоляции; h - ~высота обмотки; Л - расстоя,ш1е :11ежду
обмотками.
В большинстве .известных работ по теории ИТ паразитная
емкость ,включается в эквивалентную схему как шунтирующий эле­
мент. Это хорошо ~согласуется с экоперимент:~льными данны:11и. Не­
зависимо от вида схемы
(166)
Рассмотрим 'Вопрос уменьшения па,разитных п:Jраметров ИТ.
Из (158) и (166) в1идJНо, что паразигные параметры растут про­
порционально ювадрату ч.и·сла витков. Поэтому )Лвел1ичение числа вит­
ков с точки зрения роста паразитных параметров нежелательно.
Уменьшить паразитные пара.ме11ры можно также чисто конструк­
тивными приема,м1и.
Для уменьшения индуктивности ,рассеяния необходимы равно­
мерная, раопределен1Ная плотна,я обмотка проводом ,мал,ото д!Иаметра.
Вторичная обмотка должна располагаться поверх 111ервичной.
Эффективным опособом онижения индуктивности рассея1ния
является намотка од1инакавых обмоток ,в два IП'ровода. В i[lO] показа­
но, что влияние индук1'ивности рассеян'Ия можно снизить, иопользуя
провод с n+l жилами. Тогда одна из жил представляет собой вто­
ричную обм~';;;у, а п д.р,угих-.rюследовательно соединенную первич­
ную об:11огку.
Однако намотка в д'Ва ~провода приводит к возрастан1ию величи­
ны межобмотоЧ'ной емкости.
Уменьшение паразитных е~июстей возможно за счет рациональ­
ного раоположения об:11оток, обеопечивающего минимальную разность
и:11пульсного напряжен,ия между_кощ~.ами о'бмоток. Для этого необхо­
димо, чтобы начала од.нослойных обмоток были раС111оложены близ­
ко друт к другу, а об,'VIогки с больШИ:\1 числом ~итков отстояли
дальше от поверх,ности сердечника. Увеличение диа1:11етра обмоточно­
го провод.а снижает 1nараз'ит,ные ем~юсти, так же как и У'ВеЛ!ичение
толщин:ы его изоляции и нал.нчие 1изоляционных про!'ладок. Приме-
7*
91

НеНИе СеЮЦИОН·НОЙ укладки .резко СНИЖает 'МеждуобМОТОЧ'НЬlе е:-.fкост:И,
и одноЬ1ремен1но ,резко ·возрастает инд~ктивность рассеяния.
На !!lаразитную емкость обмоток большое •влияние оказывают
диэлек11рическ.ие с.воИства окружающей среды, а и.мен·но: диэлектри­
ческая прониц а е:1юсть сердечни.ка • (есл.11 сердечник фер·ритовый) и
герметиз·ирующий ком,па)'Нд.
б) Полная экs.ивалентная схема ИТ
Влия:н1ие 1пара ·метро.в ИТ ·на различные искажения и:.шульсов, та­
кие, как •вы<бросы, .спад ·вершины 1и колебателыный !11роцесс, 'Можно
понять, ,расаматривая пол1ную эк1нtвален1шую схему (рис. 56). В эту
схему :кроме ра·н"е раосмо11ренных fflараметро1в входят С1, С2 - экв11-
валентные сосредоточенные ем•косrи <Перв.ичной и втор·и•чной цепи са-
С12
R"
Рис. 56 . Полная эквивалентная схема ИТ.
О'!'ветственно; С12 - эк·вивалентная ем.кость между обмотками; R1 -
внутрен.нее сопроти.вление генератора; r 1 н r2 -сопротивления о'6мо­
ТQК; Rи - С·Опрот.ивлен•ие нагрузки; Rп - сопротивление !!lотерь в сер­
дечнике; w1: W2= \; п - коэффициент трансформации идеального
трансформатора.
На 111ракmке чаще используют эквивалентные схемы рис. 50-52,
так как они более просты.
На рис. 57 :представлена полная еквивалеН1~ная ·схема с индук­
Т'ив·ностью рассея•ния в перв·ичной 1Цепи. Она состоит нз индуктивно­
сти на1магниqивания Lo = k2.L1 и индукrивнос11И рассеяния L. =
=•(\-k2)L1, включенных последовательно. При коротком замыкании
втори<Dной обмотки эффект.ю~ное 111олное сопротивление тра.нdформа­
тора ооределяется L,, а '11.р·и разомкнутой •вторичной об.мо'J1Ке - L 0 .
В последовательное сопротивление R1= 1R;+r1 •входиl!' выходное со­
противление генератора и сопротивление ~первичной обмотки. Шунти-
1
Jl_
R
L
рующее сопротивление Rш=
дечнике и приведенное co-
Lo С Rш противлеН'ие ~вторичной цепи
ИТ R2fa 2• К:роме <:опротив-
~ ~ f ~ тер~п1~21~
2
м~Л:~:~: с~~:
.___ ___ __ __, .. ______,
ления натруз·К'И в R
2
входит
Р.И'С. 57. Упрощенная эк.вивалентная
схема ИТ.
92
также сопротивление вторич­
ной обМО11КИ . Эффективная
общая емкость С=С' +а2с2

nклlОчена параллельно индуктивности L 0 и содержит собственнун5
емкость тран,dформатора С' и 1паразюшую емкость 'вторичной обмот­
ки С2, ~пересчитанную ,к ~первичной. Со'6ственная емкость С', как уже
указывалось, определяется в основно'м емкостью между обмоткми.
Еще раз подчерюиваем, что под тер,мином коэффициент транс­
формации 111ринято считать отношение чисел ~витков первичной и 'вто­
ричной обмоток n=w2/11 1 1.
Как было показано, при использовании различных эквивалент­
ных схем используют термин коэффициент приведения а=и2/и'2, ко­
торый может 'быть равен коэффиц:иенту тра.нсформащии п для схем
рис. _50 11ли связан с ним через ~юэффициент связи k для схем
рис. 51, 52.
Коэlффlициент трансформации дан1ной эк,в,и:валентной схемы, т. е.
коэффициент приведения,
U2
-VL; W2
W2
а=/=k
-L= k - приk=:::::. 1, а=-,)
U2
1
W1
W1
Схемы, приведен~ные на рис. 57, 58, 1моrут 'быть о~писаны диффе­
ренциальными у1равнення,ми третьего 'порядка, решение которых до­
вольно труд'НО. Кроме того, это ~полное решение 1не может дать на­
глядную ка'ртнну физических ~процессов в цепи. Удо,бнее разделить
решение 1На три эта111а.
Первый - дает реа·кцию 1в области фронта, второй - реа1щию во
время ~плоской ~вершины, а третий - .реаюцию ~после окончания
mм~пульса.
в) Процесс нара,стания фронта и1мпульса
Реа~ция в области фронта ·импульса 01п1ределяется высокоча,стот­
ной эк~вивалент;ной схемой (рiИс. 58), которая получается из схемы
рис. 57, если пренебречь вли.я<Нием L 0 .
Rt
Ls
схема ИТ для времени на-
Рис. 58. Эквивалентная ~ f ~ !
растания импульса. .n~----· CRw U.в&1:с
Из 1дифференциальноrо уравнения для этой цепи, о,писывающего
решен11я ,в виде ехр pt, выраже1ше для корней р характеристического
уравнения '6удет следующим:
(
R1
1)[(Ri
1 )2 R1+Rш]1
12
Pi. 2
=-
2L8 +2RшC ± 2L5 +'2RшC -L5CRш
Вtведем следующие 1параметры:
затухание
Rш
А= R,+Rш
коэффш1иент затухания
!R,
1)Т
0
= \"I;+ RшС 4тt
93

11 период
T = 2rtVLsCA.
Тогда выражен:ие для корней характерист.иl.!еского ураsнен111я МО·
жет ·быть представлено в 'Виде
2rt •
.
2rt
' !/2
p=-yo±Jy(l-o) .
При б=О корни явлиются чисто ''1·нимыми, а 'реакция представ·
ляет со·бой ~незатухающую синусоиду с периодом Т. При ~> 1 колеба·
ний на выходе не возникает, и реакция обладает апериодическим
затуханием. При б<l реакция 1Предста вляет собой синусоиду, амlПЛИ·
туда которой )'IМеныша ется со временем, т. е. предста,вляет собой
аатухающий колебательный ~процесс. 'Критическое демпфирование ·ре·
аона;нсноrо •кон ту.ра, образ ова:нноrо инд у ктивностью рас.сеян.ин 111 шуn·
тирующей емкостью, 'Получается 1при ,/)=11. В это:v~ случае выражение
для времени нарастания примет 1вид:
'Ф = О,53Т = 3,35 v LSCA.
При б=О,7 выброс на фронте соста :вляет 4% .максимального зна·
•ш111ия имJПульоса. В этом слуqае
Для реальных ИТ iКОэфф·ици<:нт затухания может находиться
в пределах от 0,5 до 1,2.
Таким образом, .для ~импульсов с круты:v~ фронтом L8 .и С долж·
ны ~быть н ебол ьш~мн . По с·коль1<'у емкости пере считываются 'llponop·
ционалыно п2 , следуе:г и зб ет ать больших коэффици ентов трансформа·
ции (п:;::;З). Предпочтение следует отда•вать 11fМ!пульсным тра·нсфор·
матарам .малы х р аЗ'Меров. Ув еличение сопропr.вл r. н·ия нагрузк.и умень·
шает фронт 1ИМ11Iульса.
г) Плоская вершина ,импульса
В миниатюрных ИТ ооад плоской .верши•ны им1Пул ь са ооределяет­
ся ·в основном со·о"Гношением индуктивности обмотки 11ра111сфо.рматора
и ак11Ивны1ми сооротивлени ям.и l!lервичной iR 1 и вторичной R2 цепей ,
. паразитные
пара м етры не окаэ ывают •прак11ически никакого •влияния.
Эювиваленrна .я схе ма предста в лена ·на рис . 59.
Рис. 59. Эквивалентная схе­
ма ИТ для вершины
импульса.
94
Напряжен•ие на выхо д ной обмот·
ке ИТ может быть 'llредставлено еле·
дующим образом:
где
и (t) = U т -R,,-1-':_ш_,R,,..ш- ехр ( - :э )'
't=
э

Форма 'ИМ1Пульса 'будет прямоуrолыной только в том случае, если
длителыность ~мпульса tи буgет намного меныnе 1постоя·н1ной в·реме­
ни tэ. Та·к, при tи =0, l tэ .оп ад !Плоской части импульса будет около
10%. Еслм такие требования к форме .импульса соответствуют за­
данным, то иэ етого условия ~можно определить мини.мальную индук­
тивность и число витков w ИТ:
L(R1 + Rш)
tи =О, l_:э= l R1Rш
IOtиR1Rш,
L = R1+Rш
...
( \OtиR1R11,l
w = V f!-дS(R1+Rш)
11
t
(108)
1}
д) Срез •импульса 1и обратный ход
Для этой ча·сги импульса эквивалентная схема ИТ п1ри•мет вид,
изображенный на рис. 60. Искажение формы импульса зависит от
индуктИ'в·ности пер.вИ'чной цеп·и, •общей раопределенной емкости, пе­
ресчитанной в 1Первич·ную цепь, и еоп·ротивления на1грузкн. В этой
схеме :не имеется незавиоимого источни-
ка на1Пряжения .и перехощный процесс
определяется 1начальным1и условиями.
Предположим, вход·ной им1пульс стал ра­
вен иулю, некоторое количество энергии
оказалось за1па•сено ·в инщуктив:ности L~.
Эта энер1rия расходуется на ·сопротивле­
Н1!1И на•грузки. Так как разряд проходит
череэ емкость С и сО'Противление Rш, то
время ~разряда конечно. Это вызывает
задержку среза до достижения импуль­
сом нулевого значен·ия. В течение этого
времени конден•сатор С -заряжается и
Ш}·
Рис. 60. Эквивалентная
схема ИТ для заднего
фронта импульса.
должен разрядитыся через Lo, вызывая ·из•менение IПОЛяр·ности Unыx.
Бели сопротивление Rш относительно 1вел1И1ко, в то время как потери
111а друr.их эле'\!ентах схемы •малы, то ·в·озможно, что Lo и С будут
непрерывно fflерезаряжаться и воз·нюшут затухающие колебания
определенного пер'Иода.
7. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ МИНИАТЮРНЫХ И-Т
а) Измерение тока намагничивания
Измерен1ие тvка иа•магничиван•ия ИТ по существу я.вляется по­
вторением проверки импульсной проницаемости сердечника. Методп­
ка контроля ИТ анал·огична описанной методике контроля сердечни­
ка. На 1]JИС. 61 приведена пруктурная схема сте1нда для fflpoвepк'!I ИТ.
С 1rенератора импульсов на обмотку ИТ подается прям·оугольный
ИМIПульс на1пряжения Иnх. Осталыные обмотки разом•кнуты. Последо­
вательно с первичной ·обмоткой включено ~измерительное сопротивле-
95

ние Rизм. Ток 1на1маГ1ничивания определяется с помощью измерения
на!Пряжения Ин на сопротивлении Rнзм с ис;пользова•нием одного из
лу1.1ей осцяллографа:
При этом сначала устанавливаются входное напряжение Иnх и
д.mнтелнность импульса tи задан1ного зна1.1ения с иопользова1иием IВТО­
рого лу1.1а осциллографа. Погрешность ·и31мерения оn1рещеляется
1
2
Iлg~ Плуч
.l.'
~J1.
1
1.L
Стенi!
г--------i
1
~11
]
1
Rшl W11 jRн 1
1
1 U.B;r;
1
1
1
Wz1
1
1
/u:J~ 1
и..,
1
1
L ______
_J
Рис. 61 . Схема измерения тока намагничи­
ваиия ИТ.
1 - генератор импульсов напряжения; 2 - осцил­
лограф.
в основном малой точн·остью ·из•мерею1я длител ьности им.п'Ульса,
~ результате чеrо мала и то~rность ~установки номиналЬ'ной UIЛощадн
им:пульса.
Обычно :используется :более точный 1Н :простой с·пособ измерен11я
с ·Примене!;lием 1интеrрирующей цеш~ч·ки . В sтом случае 1J1Лощадь
и.мпульса устанавливается 1пропорциональной ам!Плитудиому значе­
нию напряжения на конденсаторе (рис . 62), формы напряжений
Ин и И с при !Правильно •выбран·ных параметрах :интетрирующей
цепо1.1ки аналогичны.
Основное требование к э11нм 1пара·метрам состоит .в том , чтобы
выдерживалось неравенс-гво
fи << RинтСинт.
При это:.~ у сл013·ии
Иnхlи= ИсRкнтСинт·
Относительная погрешность интегрирования тем меньше, чем
справедливее выполняется это неравенство . Однако с увеличением
RинтСиит у~~1еньшается 11шпряжение И с, поэтому ·нужно ограничивать
RннтСинт в разумных пределах . Пр·и RинтСщ1т ='5t11 погрешносrь
интегр:и:рования составляет О, 1.
~Q

П•редеJlьно допус~имое значение .Rинт (при заданной постоянной
времени RинтСинт) определяется наименьшей воз.можной емкостью
Синт, которая не может rбыть rменьше суч.мы емкостей монтажа и
на'Грузочных элементав · (юшример, rвходной емкости осциллографа}.
К:роме того, желательно, rчтобы Rинт =·(0,2+ 0,5) Rн.
Для уменьшения .колебателыного ~процесса и обратного выброса
применяют шунтирование входа осциллографа сопротивлею1ем Rш
или выхода ·соп1роти1влением Rн. Сопротивлен1ие Rн rне щолжно быть
слишком маленьким, чтобы это не отражалось на опаде плоской
z
.L
l
1
Rw
Rн
1
1
Uc
1
1
UR
1
L----------_J
Рис. 62. Схема измерения тока намагничи­
вания ИТ с применением интегрирующей
цепочки.
/ - генератор импульсов напряжения; :1- двухлу­
чевой осциллограф.
части иМ1Пульса. Сооtроти·влентте Rизм должно быть ,минимальным, но
таким, чтобы точность калибравки осциллографа позволяла •измерить
напряжение Ин. В ·схеме измерения трансформаторов типа И это
сопроmвление имеет определенное значение в зависимости от числа
витков обмотки W1. Напри1мер, при W1=6 витков Rизм = 1,3 Ом,
а при W1 ='\16 витков Rизм =i\5 Ом.
б) Измерение коэффициента трансформации
Методика из.мерения коэффициента трансформации основана на
том, что 111ри разомкнутой 1ВТоричной обмотке
и
п -~ -k вых.х.х
-W1
-
Ивх
(169)
где k- коэффициент связи между обмотка•ми; Ивх и Ивых -вход­
ное и выходное напряжения соответственно.
Изм.ерение !Коэффициента с одинаковой степенью точности мо­
жет производитыся как в 11мпульснам, так и в синусоидальном режи­
ме (рис. 63).
.
97

Измерение !11ро·изводится следующим образом . .Перв·ичная обмот­
ка ИТ подключается к выходу генератора напряжения и ко входу,
соответс"Гвующему однсму из лучей осциллографа, каждаи из вто­
рич·ных обмоток - по очереди ко входу, ·соответствующему вто.рому
лучу оациллоrрафа. Затем устана1вливают llfоминальную площадь
и!lfпульса с генератора и измеряют напряжен·ие Ивьа.. ·l(оэффициент
..L
Ыz
z"
Iлу~Ллgч
l.
Рис. 63. Схема измерения коэффициента
трансформации.
1 - генератор; 2 - осци.л.лограф и.ли во.пьтметр.
трансформа.ц1Ни подсчитывают по ( 169). Для язмереиия а1мrплитуды
импульсов И ах и Иn ы ж ~можно nолЬЗ'оваться 1Вольmетром вместо
осциллографа. Вместо rенератора нм•пульсов ~можно иапользовать
генератор станда:рrnых сигналов.
в) Измерение междуобмоточной емкост·и
и ·индукт.нвност·и раtсеяния
Наи•более 111ростой мето4 испытаний заключаеr<ся в измерении
емкости между 111ервичной и каждой нз ~Вторичных абмоток ИТ 1ИЗ1Ме­
рителем l!lllfдуктивно·стей и емкостей типа Е12-1 прн короткозамкну­
тых обмотках и отсутсl"вии за,мыкан·ия ~между обмотками.
Проверку индукТ'И1&ности рассе;яния мож·но производить этим же
пμи~бором. Наи1более простой 'И техноло·гичный ·слособ измерения
111нд~т1mности рассеяния заключается в следующем. Первич·ную
обмоТ1Ку ИТ ·Подключают к клеммам прибора и измеряют ее индук­
ти.вность :mри лоачередном за1мыкании одной из ·вторичных обмоток.
Этот опособ соо11веl"ствует схеме замещения ИТ, изdбраженной на
рнс. 53, поэтому 1Все расчеты параметров ИТ дОЛ}ЮНЫ производJиться
в соответС'ГвИ'И с приведенными ранее выраженl!!ями для этой схемы.
В ~миниатюрных импульсных трансфор.маторах 111аразитные пара­
метры на.столько малы, что труд•но обеапечить приемлемую ло.греш­
ность измерен!Ия 'Н устранить всякие иаводюи. Поэтому воз·можен ме­
тод контроля, лри котором производи~я качеС'Гвен1ная оценка эт.их
параметров. Амплитуда колебательного процесса на вершwне тока
намагничива1ния определяется комллексом паразlfТНЫХ 111араметров
трансформатора. К:риТ'Ическое значение допустимых колебаний мо­
жет быть зафикси.ровано выбором ·И !Измерением эталоиио:rо ИТ.
98

8. ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ИТ
а) Ряды ИТ т,ипа ~И, ОСИ, l'ИГ, Т:ИМ, БТИ
Посколыку ur,рrименяемость ми,ниатюрных ИТ разнообразна, по­
явила'сЬ необходимО1Сть создания больших серий тран,сформаторов
с разными параметрами, чтобы обеапеч1ить требавания различных
электронных схем.
За последнее время появилось несколько серий миниатюрных
п:мшульсных трансфор.,1аторов, которые принято называть рядами
ИТ. К иям ОNiосятся ~яды ИТ тиrпа И, ТИГ, ТИМ rи БТИ.
Рассмотрим сначала ряды ИТ типа И.
Все трансформаторы скомплектованы rпо грrуrпrпам и приведены
в табл. 10. Они отличаю11ся между 'Собой коэффицrиентами траrнсфор­
мации и количесmюм обмоток, которое 'Колеблется от 2 до 5. Каждая
гру;ппа содержrит до девяти типов трансфор1мато;ро,в. Различие между
типаrми в одной гру~ппе состоит в размерах феррrитовото ,сердечнИ'Ка,
числе витков обмоток (при одном и том же коэффициенте транс­
формации) и ,диаметре обмоточного провода.
Электрома,гнитные параметры одинако,вы для одних и тех же
порядковых номеров трансформаторов ,во ~всех группах. В табл. 11
П))'Иведены .электромагнитные ~параметры э11их ИТ.
В та,блице приняты следующие обоз,начения:
tи - номинальная длительность импульса, при которой кон­
трмируе11Ся ИТ;
Ит - номинальная ам1плиrуда напряжен1ия, при 'Котором
контролируе'ГСЯ ИТ;
.
lн - амrплитуда тока намаnничивания 'В 1пер,вичной обмотке
при контроле ИТ;
Ни -напряженность ~поля 'Намагничивания ~при контроле ИТ;
(Иmtи)манс -~максимально допустимая (а для ИТ типа И одновре­
,менно и номинальная) площадь импульса, 1соответ­
С11Вующая концу восходящего участка ,ЛВст(Нст);
ЛВст.манс - перепад индуКIJ;ИИ, соответС11Вующий ~максимально до­
пустимой площад'И импульса;
Ни.маис -напряженность поля намагни,швания, ,соотве1'ствую­
щая максималыно допустимому перепаду инд)"Кции;
f- ча·стота повторения импульсов при контроле ИТ;
L1 - индуктивность первичной обмотки;
w1 - чrисло вит1юв ~первичной обмотки.
С у~веJFИчением числа витков и размеров сердечника увеличивает­
ся максимально дапустимая площадь ~импульса при одном и том же
пеl)епаде индукции в сердечнике. Одновременно ток намагничива'НИЯ
ИТ уменьшается от 169-354 мА в первой 'Группе до 6-13 мА 1в де­
вятой г,ру~ппе обратно пропорционально числу витков, причем напря­
женность ма·гнитного поля в .сердечнике остае'l'Ся одной и той же.
В траиоформаторах иопользовались ферритовые сердечники ~мар­
ки 1lООНМИ со следующими параметрами:
1) маюсималмю допус11имый ·перепад индукции ЛВо= 11 сТл;
2) проницаемость частного цикла при поле Нь = 0,8 А/см !J-д =
=950+ 1250;
3) проницаемость частного цикла при поле На= О, 4 А/:.\1 1'-А =
-950+1370.
99

Таблица 10
Ряды·трансформаторов импульсных типа И
Номер/
группы Тип
1
Размерьr
:се рдечникаj
Число витко в
lei про- 1 I<оэфф~щи-
j вода еит транс-
формации
1 И-11
2 И-12
3 И-13 07Х04Х2
12:2
0, 15
4 И-14 07Х04.>(2
21 :4
0, 13
5 И-15 07Х04Х4
24:5
0,13
5:1
6 И-16 07Х04Х4
33:7
0,12
7 И-17 07Х04Х4
54: 11
0, 12
8 И-18 07Х04Х6
90:~8
0,08
9 И-19 !2J !ОХ!2J6Х6
210 :42
0,08
1 И-21
2 И-22
3 И-23 07Х04Х2
12:4
0, 15
4 И-24 07Х04Х2
21:8
0,13
5 И-25 07Х04Х4
24:10
0,13
5:2
6 И-26 07Х04Х4
33: 13
0, 12
7 И-27 !2J7Х04Х4
54:22
0,12
8 И-28 07Х04Х6
90 :36
0,08
9 И-29 0toX06Х6
210:84
0,08
И-31
2 И-32
3 И-33 P.J 7Х!0 4Х2
12:7
0, 15
4 И-34 ro 7Х·0 4Х2
21: 12
0, 13
5 И-35 0 7Х'0 4Х4~
24: 15
0,13
5:3
6 И-36 0 1х·0 4Х4
33:20
0, 12
7 И-37 0 1xr0 4Х{
54:33
0,12
8 И-38 0~1х:0 4Х6
90:54
0,08
9 И-39 !2J toX 0~6Х6
210: 126
0,08
100

Номер/ Т /
группы ип
1 И-41
2 И-42
3 И-43
4 И-44
5 И-45
6 И-46
7 И-47
8 И-48
9 И-49
1 И-51
2 И-52
3 И-53
4 И-54
5 И-55
6 И-56
7 И-57
в И-58
9 И-59
-
1 И-61
2 И-62
3 И-63
4 И-64
5 И-65
6 И-66
7 И-67
8 И-68
9 И-69
Размеры
серде'!llВка
-
-
g7Хg4Х2
g7Хg4Х2
g7ХIS14Х4
g7Хg4Х4
07Х04Х4
07Х04Х6
0!ОХ06Х6
-
-
07Х04Х2
07Х04Х2
07Х04Х4
07Хg4Х4
07Хg4Х4
0!ОХ06Х4
0 !ОХg6Х6
07Хg4Х2
07Хg4Х2
07Хg4Х2
07Хg4Х2
07ХeJ4Х4
07Х04Х4
g7Х04Х4
07Х04Х6
0 !ОХg6Х6
Пр одолжение табл. 10
ЧисJЮ витков
-
-
12: 12
21:21
24:24
33:33
54:54
90:90
210:210
-
-
12: 12: 12
21 :21 :21
24:24:24
33:33:33
54:54:54
116: 116: 116
210: 2HJ: 210
6:3,3
9:3:3
12:4:4
21:7:7
24:8:8
33: 11: 11
54: 18: 18
90:30:30
210: 70: 70
1
0 про-1 К'>эффиш·.
вода ент тrанс­
формащш
-
-
о, 15
О, 13
о, 13
1:1
О, 12
О, 12
0,08
0,08
-
-
о, 15
О, 13
О, 13 1:1:1
о, 12
0,1
0,08
0,08
--
о, 15
о, 15
О, 15
О, 13
о,13 3:1:1
о, 12
о, 12
0,08
0,08
101

Продолжение табл. 1О
~;:1-:-1--се-~-~~-':и-11>1-ка----Ч-исло_в_и_тк_о_в--, r.?JвоТа '~~э;"~:;..
формации
1 И-71
-
-
-
2 И-72
-
-
-
3 И-73 eJ7ХeJ4Х2
12:12:4
0, 15
4 И-74
-
21 :21:7
0,13
5 И-75 eJ7ХeJ4Х4
24:24:8
О,13 3:3:1
6 И-76
-
33:33:11
О, 12
7 И-77
-
54:54: 18
0,1
8 И-78 g7Х04Х6
90:90:30
0,08
9 И-79 010х 06Х6
210:210:70
0,08
-
-
1 И-81
-
-
-
2 И-82
-
-
-
3 И-83 g7ХeJ4Х2
12:5:2 : 5
О, 15
4 И-84
-
21:8:4 :8
0,13
5 И-85 07Х04Х4
24: 10:5: 10
0,13 5:2: 1:2
6 И-86
-
33:13:7:13
о, 12
7 И-87
-
54:22:11:22
0,1
8 И-88 eJ7Х04Х6
90:36: 18 :36
0,08
9 И-89 0!ОХ0бХб
210:84:42:84
0,08
--
--
1
-
-
-
2
-
-
-
3
-
-
-
4
-
-
-
5
-
-
-
б И-96 07Х04Х4
33: 19: 19: 12
О, 12 5:3:3:2
7
-
-
-
8
-
-
-
9
-
-
-
102

Номер 1 j
группы Тип
l
2
3
4
5
6 И-106
7
8 И-108
9
-- ---
1 И-111
2 И-112
3 И-113
4 И-114
5 И-115
6 И-116
7 И-117
8 И-118
9 И-119
Размеры
серде'IВl!ка
-
-
-
-
-
07Хg4Х4
-
0IOX06Х6
-
-
g7Х04Х2
07Х04Х2
07Хg4Х4
06Х04Х4
07Х04Х4
0!ОХ06Х4
0!ОХg6Х6
Продолжеиие табл. 10
Число витков
-
-
-
-
-
33:33: 13: 13:6
-
95:95:38:38:19
-
-
-
12:12:12:6:6
21:21:21:10:10
24: 24: 24: 12: 12
33:33:33: 15: 16
54:54:54:27 :27'
116:116:lr6:58:58
210:210:210: 105:105
1
ei про-1 I<оэффнцн­
вода
еит транс­
формации
1
-
-
-
-
-
5:5:2:2: 1
О, 12
-
0,08
-
--
-
-
о, 15
О, 13
О, 12 2:2:2: 1: t
0,1
0,08
0,08
0,07
Во всех лруппах ИТ тmпа И сердечник намаrничИJВается на одном
и том же ·ра1бочем участке зависимост:и >ЛВст(Нст), соответс11вующем
участку, на котором контролируются параметры се:рдечli·ика. Началь­
ная точка ра'6о'lего уча·стка •имеет коорди1наты На= 0,4 А/см, ЛВ а=
=4,75+6,85 сТл; конечная точка-Нь=.0,8 А/см, ЛВь-:-9,5+
12,5 сТл. Номинальная 'Площадь импулы:а соот.веrствует плрщади
импул1:1са, 111'ри которой происходJит 'Контроль ИТ, и ра•В'на :макси.маль­
но допустимой.
КонструктИвные 'Параметры показаны на рис. 64.
,
Обозначен:ие трансформатора састоит из ·бук1вы И, что означает
импульсный, номер состоит из номера группы. трансформатора~ пер­
вая цифра и 111орядковоrо номера в груi!rпе - лосJ!едняя цифра:
В последние годы разра1ботаны ·новые р.яды ми~иатюрных ·транс­
форматоров. К 'НИМ ОТНОСЯТСЯ ряды трансформаторов 11!1\Па; ТИГ:
ТИМ и БТИ.
'
Т,рансформаторы тиr 'П:ред:назначены для работы 'В rи'6ридно­
пленочных охемах. Ряды траноформаторов типа ТИГ содержат 66 ги-
103

,...
~
Таблица 11
Электромагнитные параметры ИТ типов~иrи: ОСИ
tи, мкс
Параметры
0,2
О,2
0,2
0,2
0,4
1,1
3,2
4,6
4
7
'
'
'
Um,B
1О
15
20
84
39
21
32
27
27
25
•39
/8, мА
170-З55 115-246 53 -113 46-100 40-88 29,4 . . -6 4
18-36
J0,7 -
15,4 -
12,7-
6-13
23,4
30,6
27,4
Нв =На . макс• А/а1.
0,59 - О,605- О,582- О,56-
0,56 - О,56-
0,56 -
0,56-
0,58-
0,59 - 0,5-1,)
1,13
1,29
1,25
1,22
1,23
1,23
1,13
1,22
1,18
1,26
(Umtиlмaкc• В-мкс
2
з
4
7,8
15,6
21
35,3
86,5
124
100
266
АВ118кс• сТл
11 ,1
Н,1
11 ,1
10,8
10,8
10,6
I0,85
10,7
10,9
10,8
J0,8
f, кГц
10
10
10
10
IO
10
JO
1О
1О
1О
1()
L,, мкrн
IQ,6
21
37
1()4
272
584
1468
7000
5930
5770
28550
1111
6
9
12
21
24
33
54
90
95
116
21()
Диаметр провода ПЭJIШО, мм
0,15
0,15
0,15
0,13
0,13
0,12
0,12
0,08
0,08
0,08
0,08
---
Ферратовый сердечник
7Х4Х2
7Х4Х4
\JООНМИ
7Х4Х6 IOX6X6 IOX6X4 IОХ6ХБ

1
.с::
i
~
1
-
.'
1
1
''
"
8и.д снизу
Обозначение быВодоб
обмото11
Чи.сло Номера 8ейст{}ующи.х {}ыfJo-
Группа, двй,с;тб.
аоб обмоток
транс-
обмоток I
IJJOpMa!!iOpOI
лшN
у
1, Z,'3 1 1.f
z
1-6 3-8
5,6,7
3
1-6 3-8 2-7
819
l/
1-6 3-8 Z-7 l/ -9
10, 11
fi
1-6 3-8 Z-7 l/-9 5-10
Поряд•обые номера.
тр-ра. б группе
D
R
н
h
'
}1
~
2
3
15
5, 75
13,5
5,5
'f
5
6
15
5,75
10,5
7,5
7
в
15
5,75
17,!i
9,5
'
8
18
7,5
16
8'
8
18
7,5
18110
Рис. 64. К:онструктивные параметры импульсных
трансформаторов типа И.

о
а>
Параметры
Um. В
дВ, сТл
lн, мА
Нн, А/см
(Иmtн)макс. В·мкс
дВмакс. сТл
f. кГц
L1, млГн
w,
Провод
Сердечник
Таб.лица 12
Параметры трансформаторов типа ТИМ
fн• мкс
0,02
0,0510,1 1О,2 10,5
2
5
10120
50 1100
10
10
10
10
10
15
15
15
15
15
15
15
1,11
2,22 3,7
3,7
7 11,1
19 33,4 33,4 28,8 38,5
42
15
15
15
15
15
20
20
20
20
20
20
20
0,29
0,37 0,44 0,44 0,59 0,85
1 1,41 1,41 1,39 1,36 2,06
2,3
3,5
4,5
8
12
80
100
150 300
650 1350 2000
12,8
15,5 16,7 15,2 16,8
59 63,5 66,5 66,5 62,5 69,5
56
100
100
100
100
100
30
20
6
3
2 0,6 о.з
0,012 0,03 0,06 О, 12 0,3 0,75 1,5 3,5 7 ,5
15
35
75
20
25
30
30
40
60
70
100
100
130
160
240
пэвтлк 0 0,06
ПЭВ-2 0 0,08
Феррит марки 1500НМ3
Пермаллой марки 68НМП
K4X2,5Xl,2 1 К4Х2,5Х2,4
КЛ6Х3Х1,5
1
КЛ6Х3Х3 l КЛ10Х5Х6

шшоминалов транофор.маторов, отличающихся по вел:ичи1Не коэффи­
циентов трансформации и электромагнитнЬllм ~параметрам. Трансфор­
матары этосо ряда :могут иметь коэффищиffi!т Ч>аноформации сле­
дующейвеличины- 1:1,2:1,3:1, 1:1:1, 2:1:1,2:2:2, 3:1:1,
3: 2: 1, 3: 3: 1. Основные параметры этих траноформаторов 111рн·ве­
:дены rв табл. 13.
Ряды траноформаторов Н:Мпульсных 1МИ1ниатюрных типа ТИМ со­
держат 257 'Типономиналов траноформаторов. Различные типы Э'l"'dX
трансформатаров ·могут иметь следующие величины коэффмциеитов
трансформации:1:1,2:1,3:1,5:1,1:1:1,2:l:1,3:1:'1,5:1:1,
2:2:1, 3:3:1, 5:5:1, 3:2:1, 5:2:1, 1:1:l:1, 2:2:·1 :1,
3:1:1:11, 3:3:3:1, 3:3:1:J, 5:2:2:l, 5:3:3:1, 5:3:3:2.
ОС'новные параметры этих тра11сформато.ров приведены в табл. 12.
Таблица 13
Параметры трансформаторов типов БТИ и ТИГ
Параметры
10,210,510,31
1\,513
5110
Um, В
5
5
5
5
5
5
5
5
дВ, сТл
47,5 7,95 5 6,65 12,5 16,7 20,8 31,4
/и, мА
10
10101010
101010
Ни, А/см
0,77 1, 15 0,77 l, 15 0,79 1, 18 0,96 1,28
(Umiи)макс, В-мкс; 3 7,5 4,5 15 22,5 45
75 150
дВмакс. сТл ~ 14,2 22,5 15 19,8 37,5 50 62,5 96
Ни.макс. А/см 2,3 3,45 2,3 3,45 2,4 3,55 2,9 3,85
f, кIц
10
101010
5
5
1
1
L1, млГн
0,1 0,25 0, 15 0,5 0,75 1,5 2,5
5
w,
60
90609080
120 120 160
Провод
пэв 0 0,05
ПЭВ-2 0 0,06
Сердечник
КЛ3Х2ХО,7
КЛ4Х2,5Х11 КЛ5Х3Хl
Ря.ды блоков трансфор.маторов импульсных типа БТИ имеют
плоскую конструкцию с []Ланарными ~выводами и [Jредназначены для
работы .с интегральными :микросхемами. В одном корпусе (блО1Ке)
помещается от двух до четырех трансформаторов. Ряды содержат
67 1шпаноминалов т,рансформаторов. Различные типы трансформато­
ров имеют следующие велИ'Чнны коэффиll)иентав транофор.мации: 1 : 1,
2:1, 3:1, 1:11:1, 2:1:1, 2:2:1, 3:1:1, 3:2:1,3:3:1,3:2:1,
3:3:1,6:1:1.
Основные 1параметры при.ведены 111 табл. 13.
а•
107

б). 81>.бор материала 'СердечнИ<ка
Оооовным требованием, лредъявляе м ы:.~ к материалу сер1дечни­
ка ИТ, является высокая импульсная проницаемость при :11алых дли­
тельностях и1мпульса. Это оз ·начает, что сердечники должны иметь
высокую статическую проницаемость частного цикла и большее зна­
чение прИ1Веденного сопротивления потерь, которое за·висит в основ·
ном от велиЧ'Ины удельного 11юверх•ностносо с опротивления матери_а·
ла сердечника. Чем больше вел1ичина импульсной проницаемости, тем
меньшую веЛ11чину тока намаmичивания и большую ве л ичину индук­
тивности на~ма~НИ'Ч'Ива11ия по сравнению с величиной индукmшности
рассеяния можно получить при том же числе вит!1<ав .
Друти:м .важным тре·бованием к ~материалу сердечника Яtвл я ется
большой перепад :индуюци1и. Блатодаря большой величине послед:него
можно переда'Вать без искажений большую вольт- секунд•ную пло ­
щадь импульса пр 1и той же площади сечения сердечника и числе
ВИТ'КОВ.
В миниатюрных ИТ в подавляющем большинсr>ве случаев иопот"­
зую'J'Ся ферритовые и пермаллоевые ленточные се.рдечниюи . Статиче­
окие характеристи'Ки 111ермаллоевых сердечников з начительно 'Выше ха­
рактери~ик, .разработанных в нашей стр а не марок ферритовых
сердечников. Они обладают высок ИJм перепадом индукции .ЛВ,
в 2-3 ;раза 111·ревышающим перепад ·индукции ферритО1вых сердечни­
КО'В, а проницаемость частного цикла в 1,5-2 раза ·превышает про·
ницаемость фер;ритов. Ход зависимос11и ЛВст =f (Нст) •пер:маллоевых
сердечников на восх<Щящем участке имеет значительно более линеi1-
ный характер, и эта линейность сохраняется в большем диа1J1азоне
полей, чем у феррито:вых сердечников. Тем1пературные характеристи­
ки пермаллоевых ~рде•ши11<ов также .выше, чем 'У ф ерритовых сер­
дечникО'В. 0.дна'Ко пермаллоевые сердечники и:1<1еют значительно
меньшее удельное 1Пове.рхносt>ное электрическое сапроти·вление мат~­
риала жю сравнению с ферритовыми 'И, сле довательно, значительно
большие потерп при перемагничи•вании, т. е. меньшее сапротивление
потерь Rп.
У большинства фер.ритовых сердечников приведенное сопротив,1е­
нне потерь не ·меньше 300 Ом/см, а у пеР'маллоевых •сердечников оно
порядка 20-40 Ом/см. -Бла~rодаря этому '11,ри .малых 1длительностях
импульса импульсная проницаемость пермаллоевых сердечников зна­
читель110 ниже стаТ>Ической 1П·роницаемосrn частноiГО 0Ц'Икла, ИЗtМерен­
ной ~при том же перепаде инду:кции. Начиная с Не'Которой длитель­
ности н.м·пульса им~11ульсная ·прон!l'Цаемость -и .пер епа д индукции
пермаллоевоrо сердечника становятся ниже импульсной проницаемо­
сти и перепада индукции ферритового сердечника.
На .рис. 65, 66 n.р.И'Ведены сравнитель'Ные характеристи'Ки 1J1ермал­
лоевых сердечников марки 38НКМП размера 5ХЗ Х !, применяемых
в t11МJ1ульсных трансформато.рах типа БТИ, !И фер,JУ!!Товых сердечни­
ков ~марки 1!ООНМИ раЗtмера 7Х4Х2, применяемых 'В импульсных
трансформаторах ти.па И при малой (t11 =<J,2 мкс) и большой (tи=
=3 мкс) длительностях ИМllJ'Ульса .
Рассматривая характеристики на рис. 65, можно отметить еще
ряд ·преим у щесm пермаллоевых сердечни'Ков 111,ри больших длитель­
ностях импульса. Макеимум проницаемости чacmoro цикла не 111меет
такого резкого спада с увеличением перепада и ндукции, как у фер­
ритовых сердечн111Ков, и приходится на довольно зна'Ч!ИТельные веЛ'н·
чины пере~11ада -индукции. Максимум Р..t.макс = ·1900 пермаллое.воrо
108

сердечника при fи=З мкс наблюдается ПJJIИ ЛВ=23 сТл и Н=
=0,96 А/см, в то время как у фер,ритового сердечника fJ-д макс
=1800 наблюдается при ЛВ=6,ЗсТл и Н=О,25А/см.Длятогочтобы
получить больший перепад индукции в ферритовых сердечниках, их
приходится использовать в режи:11ах, не соответствующих ~максиму­
му проницаемости.
При длителыюсти импульса fи< ЛВ, }Ьд ~--~---~--~
< 1 м~с .импульсные характеристихи сТ
фер1ритовых сердечников выше харак­
теристик пер·маллоевых сердеЧ!ников
(рис. 66, 67). С далынейши:11 уменьше- 7500
иием длительности им1Пульса ха 1ракте­
ристики пермаллоевых сердечников
ухудшаются все более резко, а ха- .
раюеристики ферритовых сердечни- i0()0
ко1в остаются постоянными до длtf·
тельнос'tм tи=O,f мкс для марганце·
вых ферр·итов с !J.д ~2000 и до зна- 500
чительно меньших длительностей для
20
никель-1цинковых фер1ритов с высо11шм
удельным поверхнос11ным сопротив­
лением.
Так.им образом, целесообр.азность
применения того или другого мате­
риала 'В качестве сердечника ИТ опре­
деляется в основном диапазоном ра­
бочих дJ11Ителыюстей.
Малое сопротивление 1Потерь в
псрмаллоевых сердечниках ясr~ляется
причиной .ограничения их иопользова­
ния при высоких частотах повторения
им1Пульсов. Как ~было 1Показано
в § 2, .с уменьшением приведен-
ного сопротивления 1Потерь JIBe- АВ,
личив.ается енер1гия, рассеивае- сТ Р.и.
мая в сердечнике, в результате
чего сердечн,ик ·саморазогрев,1-
ется. К 'Ч'ислу 1ПОложительных 15 1500
качеств 1Пер:маллоооых сердеч­
ников следует отнести от·с1утст­
вие ~влияния 1Предыстории, что
достигается ·С по~мощью их от­
жига в поперечном 1магнитно:v1
поле.
К сожалению, те1х1Нология
а
н
о
о
4
8 А/см
Рис. 65. Сравнение характери­
стик ЛВ=f(Н) и μи=f (Н) при
длительности импульса tи=
=3 мкс.
Кривая а - пермаллоевый сердеч­
ник 38НКМП; кривая б - феррито­
вый с~рдечиик 1IООНМИ.
н
O/J
1,6
Z,4А/см
изтотовлеНIИЯ ферритовых сер­
дечников для импульсных
трансформаторов за послед1нее
де.сятилетие IНе ~модернизирова­
лась. За это время не появн­
лось новых ,;viaipoк ферритов и
не дорабатывалась технология
из·готовления старых марок, не
·появилось необходимых сейчас
миниатюрных сердеЧ!ников, 1име-
Рис. 66. Сравнение характеристик
ЛВ={(Н) и μи=f (Н) при дли­
тельности импульса tи=О,2 мкс.
а - пермаллоевый сердечник 38НКМП;
б - феррИТО8ЫЙ сердечник З8НКМП.
109

zoaa
fd
1500
v
~00
/
/
1000
о
/
~~
_, ,IL
z3
t~
4 f'/HC
Рис. 67. Сравнение зависимо­
стей μ.=.f(tи).
Кривая а - пермаяяоевый сердеч·
11ик марки 38НКМП; кривая б -
ферритовый сердечник марки
llOOHMИ.
ющих в'Нешний д'Иа'Метр мень­
ше 5 .м1м.
В то же ~время за рубежом
феррито'Вые с~деч~ники 111ахо·
дят широкое 1!1\J'И'Менение. Б на­
носеку;ндных ИТ используюкя ферритовые сердеч•ники с внешним·
диаметром 3 1мм {10]. Бсть оведен1Ня, что 1в некоторых типах ИТ при­
меняются ф ер р·итовые сердечники с •прО111ицаем остью до 10 ООО {25].
Одним из преимуществ ферритовых сердечников я·вл.яется их
ниЗ'Кая стаимость l!lo с.равн ению ·СО стои~мостью пермаллоевых с~деч­
никав.
в) Проект:нрован·ие рядов ИТ
При проектировании ·рядов ИТ обычно ис ходJными .пара.метра~ми
я.вляются длительность им1Пульса , •напряжение и макаимальная пло­
щадь им1Пул ьс а . Эти параметры 'В!.rбираются в соответствии с требо­
ван<иями той с истемы радиоэлемен_тов, для применения в 1Кото·рой они
предна з начаются. Так, ряды ИТ т!l'lla И ~пред на з начены для 'Ра1боты
в электронных схемах 1н а полуп,роводниковых элементах . Эти схемы
могут 'J)аоотать пр~и различных питающих .нап р яжениях от 10 до
40 В . Поэт ому 'В ря.дах этих ИТ и.меекя несколько НОМ'!!налов ампл11·
туд напо я жения и неск().J)ЬКО номиналов длительностей импульсов.
Ряды ИТ типа БТИ !Предназначен ы для работы с интегралЬ1Нымн
микросхемами. Микро1схемы в основном ра6отают при nитающнх
на1П р~~ж ениях, не 1п·ре'Вышающих 5 В. Соотвектвенно ИТ ти[]а БТИ
имеют только один номинал на1пряжения и нескол ь'Ко номиналов
длит ельностей импульса .
ОС'новной задачей проектировани.я являекя .получение максrr­
мально возможной ·площади передаваемых Итfи импульсов при ми­
нима л ьн ы х зна·1ениях ампЛ1Нтуды тока намагничивания lн, паразит­
ной е мкости абмотки Cn и индуктивности .расrеяния L •.
Приведем
еще раз полученные ра•нее ~выражения дJтя их определения
Umfи=iЛBwS;
ABD
/ =--·
11 l'-u!J.oW '
Ls=μ.ow;S1 (д+~)
EE0S1h
Сп=-д--'
где iдВ - перепа:11. И'НДУJЩИИ; w -число витков обмотки; D - сред­
ний д•иаметр с~дечника; ·μ. -
ИМIIJУльсная проницаемость; μ 0 - маг­
ииmая постоя~инаяj S1 -пери.метр обмотки; Л- расстоЯ'!lие между
110

слоя,ми (толщина иэоля,цоии nровода); а - ·толщина слоя обмотки
(диаметр провода); е - диэлектрИЛJеская п.раницаемость изоляции;
h- дЛIИ'на обмоrки (высота катушК'и).
Анализируя эти выражения, можно прийти к следующим вы­
водам.
Для получения большой пло~ади переда1ваемоrо импульса нуж110
использовать сердечник с большим перепадом индукции, числом 'вит­
ков и площадью сеченмя.
Ток намагничивания сердеtЮюrка уме11ьшается с уменьшением пе­
репада индукции, среднего дна.метра сердечника 'И увеличением числа
витков о·бмотки и импульсной nроницаемости сердечника.
Та1Ким абразом, для увеличения площад'И передаваемого импуль­
са и уменьшения тока намагничивания требуется увеличивать число
витков обмотки. Т1ребова!Ния к []ерепаду индукции противоречивы.
Од:нако пр'И проектиравании ИТ осе ·Же надо использовать сердечни­
ки с вы·соким лерепадо.м индукЦ'Ии, а уменьшение тока намагничива­
ния получать за счет увеличения !ИМ1Пульсной '11'роницаемости сердеч­
ника. Тем более, что обычно се·рдечники с высО'КИМ перепадом индук-
1.tИИ имеют и высокую []роницаем·ость. Параз,и11ная емкость умень­
шается 1С уменьшением чи.сла витков обмотки, диэлектрической про­
ницаемости изоляции, длll'Ны обмотки (на.мотка в виде сектора),
площад'И сечения сердечника и с у~величен'Ием толщины изоляции
про.вода.
Индуктивность рассеяния у~меньшается с уменьшением числа вит­
ков, площади пОtПеречного сечения сердечника, ~расстояния между
обмотками (в частности, с умеиншением толщины <11золЯ'ц'Ии прово­
дов), диаметра провода и увеличением длины обмо11Ки (распределе­
ния обмотки по всему диаметру сердеЧ!ника).
Таким образом, одна ча,сть требований к уменьшению паразит­
ной ем·косru 1И индуктивности рассеЯJния со1J1падает. Для )'lменьшения
11аследних нужио уменьшать 'Ч'l!сло витков о·бмотки ·и площадь по­
перечного сечения сердечника. Другая часть требаваний ПJ:!._отивоnо­
ложна. Для уменьшения инду,ктивности рассеяния т1ребуе'I'ся умень­
шить толщину изоляции []ро:во~а 1и ~}"величить длину обмотки, а для
уменьшения емкости - наоборот.
Была подробно описана методИJКа 1ра1счета Uтtи и lн по извест­
ным характеристикам сердеч1Ников. К этому можно добавить, что
есЛ'И сердечники проходят контр·оль в соотвеrстви'и с ком•плексом пе­
речИ"сленных ,пара1метрО1В, то расчет Uтtи и lн может быть произве­
ден достаточно точно.
Паразитные параметры миниатюрных ИТ, к сожалению, не под­
даются расчету. Это объясн.яется тем, что соблюсти все те правила
намо'ГКИ, которые приняты ·В мощных ИТ, здесь невоз1можно. Малые
га,бариты сердечника не позволяют точно выдержать такие парамет­
ры, как периметр обмотК'и, .расстояние между слоями, толщину слоя
обмоТК'И, длину обмотки. Поэтому получение миним·ально возмоЖJных
паразитных :параметров производится экспериментально методом по­
следовательных приближений с учетом основных заканомерностей,
о.писанных ранее. Порядок проектирования ИТ следующий.
1. Выбираются марка и материал сердечника. Предпочтение
отдается сердещшку, !Который имеет максималнный перепад индукциn
и 1Ма1Ксималыную иМJПульсную проницаемость п,ри заданной длитель­
'ИОСТИ 'Импульса в заданном диапазоне температур.
2. Выбирается размер сердечника. Здесь стремятся получить м·и­
нималнный объем катушки трансфор:матора, учитывая стандар1111ую
111

l!оменклатуру т111Поразмеров сердечников. Лучшие параметры Иt
обеопечН1Ваются при О'Гносительно малых зна"Iениях ср еднего 1диамет­
ра. Увеличение [!Лощади сечения сердечника [!ОЗ•воляет получить ту
же [!Лощадь юшульса при меньше1:11 числе внl'ков, а следовательно,
уменьшить паразитные !Параметры, но тor;i:a получается больший пе­
риметр обмотки, что увеличивает паразитные парам е тры. Поскольку
параз_итные пар а.метры растут пропорц:иQ!!аль·но квадр ату числа вит­
ков, выгоднее все же иметь большую [!Лощадь сердечника. Если
позволяют га·бариты трансформатора, целесо об:разll!о составлять сер­
дечники [!О высоте.
3. Рассчитывается 11\еобхо д имое чис л о ви'ГКов для ~11олучения за­
да·нной 111лощади импуJJьса для двух-трех [!редnола -гаемых ти111ораз­
меров сердеч•ника.
4. Выбираются диаметр и марка провода . Здесь ищут компро­
миссное решение между ~несколькими .проти воречивыми требования­
ми. С одной стораны, провод большого д и амет·ра и.меет меньшее
активное сопротивление обмот-ки; •с друтой стороны, •с у;ве.wчен.ие~t
диаметра провода увеличиваются индуктивность рассеяния и габари­
ты катушки. Провод О"Iень малого диаметра ~может са1моразогревать­
ся, если действующий ток намаnничивания .велик. Малая толщина
изоляции про.вода zменьшает индукти .вность ра·осеяния, увеличи1вает
парази11ную емкость и увеличивает количество точечных .пов.реждений
провода, которые ·ведут к rкорогкому замыкаlН'llЮ обмоток. УвеJDиче­
ние толμ~.ины изоляции ведет к )'Величению габаритов катушки ИТ.
Учитывая в первую очередь ~механические требования и требо­
вания к миниатюризац111'!! :габаритов ИТ, обычно иопользуется nровод
малого диаметра с улучшеН1но й изоляцией. Уменьшение диаметра
провода оrраничивае'ГСЯ в основном технологичностью 111а1мотки и
действующим током намЗJгничивания
1имп
1действ = JfQ '
где Q - ОК!важность 'l!Мnульсов.
Требов·ан111я к миниатюр'l!Зации ·в ИТ типа И не •были слишком
жесrкими. Это позволило применить провод ПЭЛШО, изоляция ко­
торого наиболее ~прочная и толстая. РазработчиК'И ИТ для и'Итеграль­
ных схем не имели такой возможности. В эrих ИТ •используется
провод ПЭВ-2 .
'5. Экспериментальное получение м1иннму~ма 111аразнтных 111арЗJмет­
ров. Если требования к фронту им1пульса высоки, ro 1Необходимо
иоследовать •возможность 1поЛ)'Чения минимальных 111аразитных 111ара­
метров . Для это.го ~11·рои3водят измерение L, и Cn !Катушек, намотан­
ных различным о-бразом:
1) 1На сердечниках ~большего и :меньше.го ра3мера с сооrветС11Вен­
но меньшим (меньшими 111аразитными ~11араметрами) и болЫ11и.м чис­
лом витков (большими 111аразитными параметрами);
2) намотанных скрученными оравоgа1ми для уменьшен.ия ll'Ндук­
тивности рассеЯJНня с использованием провода с толстой изоляцией
для уме1Ньшения емrкости;
3) намотанных проводов с более тон.кой 'l!Зоющией, чrо умень­
шает инду:ктивность раосеяния, ·внавал, что уменьшает емкость;
4) намотанных секционио, что резко снижает паразитную
емкость м увеличивает индукти·1шость рассеяния.
На 111ракти:ке выбор размеров сердечника и 111итковых данных
в миниатюрных ИТ часто определяется получением :М'l!НnмаЛЬIНЫХ га-
12

баритов катушки. Тогда размеры сердечника выбираются такими,
чтобы в его окне разместилось число 'витков, обеооечив·ающее необ- .
хо;щмую индуктивность. Намотка одинакового числа витков различ- V
ных обмоток i!Iроизводи11ся в два провода ИЛ'И скрученным проводом.
Намотка обмоток с разным числом витков ~может производится мно­
гожильным праводом с ш~ремычками.
При 1п.роектировании рядов ИТ используют один 11 тот же сер­
дечник для нескольких 1'!ИЮВ трансформаторов. Так, ·серде'Ч'ник ра.:!­
мера 7Х4Х2 используе-гся •В 20 типах ИТ ти:па И ·с W1=6; 9; 12; 21,
различным числом об:11оток и коэффициентами трансфор1:11ации. Это
вызвано требованиями к уп­
рощению те10нологии ·изго­
товления. В траноформато­
рах с ·одинако·вым раз1меро:11
Се<рlдеЧ'!l'ИКа
используются
одни и те же корпуса, вы­
воды, [!Оролоновые проклад-
ки. Благодаря этому умень­
шается ассортимент техно-
7
логической оснастки, ·rюполо­
зуемой для изготовения ИТ.
Так, для изготовления 68 ти­
пов ИТ ти:па И иопользуется
только пять типоразмеров
кор[Jусов и соответственно
столько же 'ГИ'ПОВ оснастки.
Конструкция 1и:11пульс-
ных траноформа11оров типа
И [Jрещставлена на рас. 68.
Катушка с сердеч1J1иком 1
уста1навлена на основан;.~·и
в
65
z
4
Рис. 68. Конструкция ИТ типа И.
корпуса 2. Между кату~шкой и дном основания ·амеется поролоновая
прокладка 3. В ffIЛа·ст:11аесовом осно·вании заfflрессованы выводы
траноформаrо.ра из медной луженой проволоки 4. К верхней части
этих ·выводов припаяны концы обмоток катушки. Сверху катушка
покрыта ffIОроло1новой проклад:кой 5 и закрыта nластмассовой крыш­
кой 6, на основание надевается колпачок, вы1нолнеН'НЫЙ в виде
цилиндра 7, 'сверху трансlфg·рматор залит э·rюксидной смолой 8.
Технология изготовления состоит в следующем. На нескольких
техн'Ологическ·нх участках однавреме1J1но из,готовляются основные де­
тали тран•dформатора. Нарезаются выводы, за1прессовываются
в основание, нарезаются поролоновые прокладки и крышки, прес­
суются !КО.mпачки, на•матываются катушки.
Намот,ка катушек производится следующим образом. Перед на­
моткой ферритовые сердечники склеиваются клеем БФ-4 ·и fflокры­
ваются лаком КФ-965. На:11отка катушек производится в одну сто­
рону виток к витку .но ·внутреннему и равно:11ерtю по внешнему диа­
метру. Допускается перекрещивание и перехлестывание отдельных\)
1.'Итков. На1:11отка катушек с одинаковы:11 числом ·вит~tов 'производ:ится
одновременно в два провода. Сначала наматывается обмотка с наи­
меньшю.1 число:;1 витков. Концы од,ной обмотки выводятся на 1Проти­
воположные стороны 1по ,r~:иа·метру сердечника. Намо11Ка нескольк·их
обмото·к производится с учетом получения наикратчайшего рас·стоя­
ния концов от соо"Гветствующих выводов траноформатора, на коrо­
рые они распаиваются. Крайние витки катушек закрепляются путем
113

захлестывания rпоследнего 'ВИТКа с предrпослед:ним или стеклолако-
11Канью ЛСКЛ-0,12.
На ,rщо основания трансформатора 1Пр•нклеивается поролоновая
прокладка, к которой в свою очередь приклеивается катушка с сер­
дечникам. Концы катушек ·раопаиваю'l'Ся на выводы трансформатора.
К крышке транофор1матора []:риклеивается поролоно·вая rпрокладка.
Крышка приклеивается к основанию поверх катушки, предохраняя,
таким образом, 1Последнюю от [](mадания эпоксидной смолы. Затеvr
на основание надевают пластмассовый коЛffiачок и вер~нюю часть
зали1вают эпоксид:ной смолой. Смола обволаки-вает крышку трансфор­
матора 1и про!Iикает в зазор между колпачком и основа1нием транс­
фо~о:ра, обеспечивая герметизац:ию катушки и жесткое соединение
корпусных деталей.
Рис. 69. Конструкция ИТ типа БТИ.
Конструкцщ1 блоков трансформаторов ти1па БТИ [Jредставлена
на рис. 69. Катушки ·С сердечника1ми 1 1Приклеены •ко дну основания
трансформатора 2. В основание за1прессованы выводы 3. К основа­
нию приклеена крышка 4. Вся конструкц:ия тюмещена .в ·металличе­
ский кор1Пус 5 и защищена герметизирующи•м компаундом 6.
г) Вопросы •использо·вания ИТ в эле·ктронных схемах
Назначение миниатюр.ных ИТ ,в полуmроводниковых схемах очень
разнообразно:
а) изменять а:.шлитуду импулысов;
б) согласовывать сопротивление источн•ика сигнала и на•грузкп;
в) изолировать цепи источника сигнала и нагрузки по постоян-
ному току;
~) ·из•менять полярность НIМ[]ульсов;
д) распределять информацию []О нескольким каналам путем
исполнзования ряда вторичных абмоток;
е) формшювать импульсы;
ж) создавать обратную связь.
К числу типовых полуmроводниковых схем мож1но отнести
импульсный усилитель с трансформаторной связью между каскадами
и трансфор1:11аторным выходам, 1пр·ичем обычно ИТ включае'l'Ся по­
следовательно 'В коллекторную цепь транзистора, формирователи
114

имnулъсов, бло1шнr-rе11ераtоры, импульс110-nотенциаль11ые схемы, ко­
торые, И311lример, могут ос_уц.~:ествлять связь и согласование между
истО'Ч'Ником им'llульсов и нагрузкой, регулировать режим транзистора
и диода, различные логические элементы.
Описание полуmроводниковых схем, 'В !Которых используются ИТ,
хорошо оовещено в ряде работ по ИМ[]ульсной технике и И'МIПульсны·м
полуJiроводю1к·овЬI1м схемам [4, 16, 35]. Поэто2V1у далее 1будут рассмо­
трены только некоторые вопросы выбора типа траю~фор\1атора
в ряду ИТ в соот,ветствии с параметрами электронной схемы. Любую
схему с использованием ИТ можно 1Предста·вить в виде схемы за'ме­
ЩЕ!Н'Ия, в которой первиЧiная обмотка трансформатора соединена
с источнл1ком им1Пульсав, который имеет определенное внутреннее
сопроruвление R; и емкость С;, а вторичная обмотка соединена
с нагрузочной схемой, у которой также имеются сопротивление Rя
и емкость Сн нагрузки, []риче),1 в большинстве случаев сопротивле­
ния R; и Rн неJГИнейно из1меняются ·с изменением тока или напр~1-
жения в цепи. ИмпулЬ"сный траноформатор должен 1Выбираться в со­
отве11ств·ии с требова·ниями той электронной схемы, для которой он
преднаЗ1Начается. Сначала устанавливается требуемая индуктивность,
при !Которой спад 'Вершины и2V!пульса Л не превышает 5-10%:
tи(Ri+ri)(r'2+R'н)
.
tнR;R'н
L=HR1+ri+r'2+R1
8 )::::::, Л(R;+R'н)'
где r, и r2 - акти•вное сопротивлен'ие обмоток ИТ.
Далее пр·иводятся в соответствие пара1метры U т и iи, требуемые
в раэрабатываемой ·схеме м ттмеющиеся по ТУ rна ИТ .с нужной
индуктивностью. Если имеется запас по ск1важности им[]ульсов, то
увеличение длительности импульса tи 1и 1Пр·опорциональное уменьше­
ние амплитуды ~напряжения Иm по сравнению с номинальной не
приведут к ухудшению параметров ИТ. Здесь ожттдается лишь не­
большое. уменьшение тО!Ка намагничивания ИТ по сравнению с но­
М·инальными. Обратное отступлени~ от но·миналь11ых значений Uт
и iи, когда 1fи выбирается меньшим, чем указано в техд()l!{ументации,
моя.<ет привести к ·резкому росту тока нама111ннчивания в связи с уве­
личением потерь в сердечнике. В обоих случаях недо11устимо, чтобы
рабочая площадь ИМ[]ульса 1щJевышала номиналь11ую, так как И1Наче
сердечн·ик ИТ может ~войти 1в область насыщения.
При использовании ИТ следует учитывать, что на []араметры
тра·нсформируемого импульса оказывают .влия·ние не толЬIКо пара­
метры самого трансформатора, 1но и пара:v1етры схемы, в !Которой оч
используется.
Так как практиче()){И все импулысные источники, когда они ра­
ботают непосредственно на активную наг.рузку, 'Иlмеют конечное зна­
чение фронта, то время фронта выходноrо им'!lульса схемы, 11·с11оль­
зующей практический им11ульсный источник и им[]ульсный трансфор­
матор, 1ПрИ'близительно определяется следующи'м выражением 02]:
tф.вых::::::, V t2фi + t 2ф.и.т,
где iф.вых - длительность фронта выходного И'),\Тiульса ИТ; tф;
-
длителыность фронта 1источника; tф.и.т - длителыность фронта
ИМJПульсного трансформатора, когда мсточник 'имеет нулевой фронт.
С целью ~получения более короткой длительности фронта импуль­
са не следует применять большие повышающие ~коэффициенты
115

tрансформации. rtовышение на[!·ряжения в п раз ~может быть полу­
чено только за очет увеличен·ия длителыносm нарастания в п ра з ,
так как •На<rрузоч·нан и междуобмоточная ем•кост-и умножаются . при
это:11 ·на п2, а tФ из:11еняется 1пропор.ционально С 1/2 •
Следует учитывать, что ·в повышающи х трансфор·маторах
ем1кость первич•ной цепи С1 много меньше емкости вторичной цепи С2,
а для [!Онижающих, наоборот, С1 >> С2. Обе парази-гные емкости мо­
гут быть объед·11нены в од111у су~ммарную эквивален11ную емкость, ко­
торая раополаrается в . эквивалентной ·схеме на м ес те 1по дклю чен11 я
наиболышей .
Для уменьшения колебательного •процесса на верши1не им;п ульса
и выброса на фронте необходимо со гласовы ва ть волновое tопро­
тивление ИТ ·С параметрами схемы.
Понятие о волновом сопротивлении целесообразнее относи rь
к цепи с распредел ен ными параметрами. Обмотки сердечника 11р ед ­
ста.вляют собой д ва дл·инных параллельных пр о вода, с верн у тых в два
кон.центричеаких цилиндра, ок·ружность которых гораздо ·больше ра с ­
стояния между ни.ми . По эrим провод ам .раопространяе-кя электро­
ма•гнитная ·волна. Волновое со'Проти·вление обмо т ки ИТ определя ется
выражением
Чем меньшее количество энергии запасается в индук тив· ности
рассе~ния L, и распределенной е:11кости Са, тем меньше ам1плитуда
колебательного 1Процесса. Этот мини:11ум определяется усл·овием
для случая сотласованной 'Нагрузки ·R 1 ~.R2.
В общем случае рекомендуется выдерживать соотношение {7]:
L,=R1R2C2.
Дл ительность фронта имп ульса олреде:rяется не только парамет­
рами ИТ, но и [lараметрами схемы:
В этом выражении С2 определя ется не только собственной емко­
стью тра·нофор•матора, но ·и емкос тью источник а п ита·ния и нагр у зк•и .
Коэффициент ослабления А апред~ляется а·ктивным сопротивлением
первичной и вторич·ной цепей ИТ . С уменьшением ·Rн длительность
фронта у~мещ~шается, а с уменьшением R;, !Наоборот, увелич•иваетс н.
При ра •боте на вы соких частотах надо учиты•вать, ·что ИТ может
самораз огреватыся . Существует ·ряд опецифическ·их применений ИТ.
Так, при иопользовании ИТ в балансных схемах ЗУ приходится учи­
тывать раопределенные параметры. В трансформаторах БТИ-67 для
стабилизаl\'ИИ И'fщуктивности .рассе яю1я и расп·ределенной емкости
две входные обмотк·и выпол•нены окручен111ым 111роводом, а в rоричная
обмотка раапределена равномерно ·по диа:11етру сердечника и концы
ее •выведены на диаметрально ·противоположную сторону по оrnо­
шению к концам [!ервичных обмоток .
116

СПИСQК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ионов И. П., Пирогов А. И., Шамаев Ю. М. Кольцевой фер­
ритовый сердечник как элемент схемы импульсного трансформато­
ра. - В кн.: Теоретическая электротехника. Республиканский меж­
ведомств. науч.-техн. сборник, вып. ·1, Изд-во Львовского универси­
тета, 1966, с. 148-154 .
2. Ионов И. П. Кольцевые магнитные сердечники с непрямо­
угольной петлей гистерезиса для малогабаритных импульсных транс­
форматоров. Автореф. д!ИС. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.
М., 1967. 200 с.
3. Пирогов А. И., Шамаев Ю. М. Магнитные сердечники в авто­
матике и вычислительной технике. М., «Энергия», \1967. 272 с.
4. Ионов И. П. Магнитные элементы дискретного действия. М.,
«Высшая школа», 11968. 2 ·80 с.
5. Шольц Н. Н., Пискарев К. А. Ферриты для радиочастот.
М.-Л" «Энергия», 11966. 258 с.
б. Горбунов Н. Д., Матвеев Г. А. Ферриты и магнитодиэлектри­
l'И. М., «Советское радио», '1968 . ,1'75 с.
7. Ицхоки Я. С 1Импулысные трансформаторы. iМ., 1950. 7 '45 с.
8. Glasol G. N., Lebacoz J. V . Pu.Js1e geneгators. :New York-Loп­
doп. McGraw-Hill Book Cornpany, INC, 1965. 742 р.
9. Основы теории цепей. М.-Л. «Энергия», 1965, 444 с. -Авт.:
Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов.
10. Мейлинг В., Стари Ф. Наносекундная импульсная техника.
М" Атомиздат, 1973. 383 с.
П. Марквардт Е. Г. Электромагнитные расчеты трансформато­
ров. М.-Л" ГОНТИ, Редакция энергетической литературы, il938.
136 с.
,12. Норденберг Г. М. Трансформаторы для .рад!иоэлектронной
аппаратуры. Л" «Энергия», 11970. 239 с.
13. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М" ИЛ. 1956, 784 с.
14. Поливанов К. М. Ферромагнетики. М.-Л., Госэнергоиздат,
1957. 156 с.
115. Нитсон П. Анализ и расчет ферритовых цифровых элемен­
тов. М., «Энергия», 11967, с. '15 - . 1 8.
116. Балашов Е. П. Проектирование магнитных элементов и
устройств электронных вычислительных .машин. М., «Высшая шко­
ла», 1966. 344 с.
17. Ицхоки М. С. Импульсные устройства. М., «Совет(;Кое ра­
дио», 1959. 728 с.
· 18. Смит я., Вейн Х. Х. Ферриты. М., ИЛ, 1962. 504 с.
· 19. Вдовин С. С. Проектирование ·импулысных трансформаторов.
Л., «Энергия», ,197!1. '14 7 с.
20. Чепурнов С. И. Автомат 1103-ф для разбраковки ферритовых
сердечников. - «Обмен опытом в радиопромыJПленности», 1964, No 1.
117

21. Ионов И. П., Пирогов А. И. Методы контроля статических
и динамических свойств кольцевых сердечников с НПГ. - «Докла ·
ды научно-технической конференции :по итогам НИР за 1966-11967 rr.
Секция автоматики, ·вычислительной и измерительной техники, под­
секция ИЭФ». Изд. МЭИ, 1967.
22. Ионов И. П., Никонова О. С. Особенности контроля !Коль­
цевых магнитных сердечников из металлической ленты, применяемых
в импульсных трансформаторах малой мощности. - «доклады науч­
но-технической конференции по итогам НИР за 1968-1969 rr. Секция
автоматики, вычислительной и измерительной техники, подсекция
ИЭФ». Изд. МЭИ, 01969.
23. Рабкии Л. И. Высокочастотные ферромагнетики. М" Физмат­
гиз, 11960. 528 с.
24. Катков Н. Г. Ферриты в импульсном реж1Име. - «Известия
АН СССР. Серия физическая», 1954, т. XVIII, No 4.
25. Snelling Е. С. Ferrites for limar applicatioпs. ШЕЕ Spect·rum,
Jaпuary- February 1972, р. 42-51, р. 26-30.
26. Балбашова Н. Б. О связи электромагнитных ·параметров
трансформаторов с параметрами ферритовыхсердеч·ников. - «Доклад
на XIIJ Всесоюзном совещании по магнитным элементам автома­
тики и вычислительной техн!ИКИ». Минск, 1970.
27. Дроботов Ю. В., Терентьева Л. С. Исследование импульс­
ных магнитных свойств ферритов с НПГ. - «Вопросы радиоэлектро­
ники. Сер. XII», 1967, вып. 17.
28. Дроботов Ю. В. Ра.счет и анализ цепи с сер:дечником из
феррита с НПГ. - «Воп.росы рад1иоэлектроники. Сер. XII», 1967,
вып. 7.
29. Дроботов Ю. В., Терентьева Л. С. К вСМiросу о выборе рабо­
чего режима сердечников из феррита с НПГ для ПЗУ. - «Вопросы
радиоэле<ктроники . Сер. XII», 1967, вып. 18.
30. Балбашова Н. Б. Анализ некоторых характеристи .к феррито­
вых сердечнwков с НПГ н методы их контроля. - «Электронная тех­
ника . Сер. 7», :197.1, вып. 4(31), с. 18-31.
31. Балбашова Н. Б. Определение граничных значеН1ий поля на­
магничивания импульсных 1рансформаторов по характеристика:11
ферритовых сердечников с НПГ. - «Электронная техника. Сер . 7""
1971, вып. 2(29), с. 89_ .jlOO.
32. Петров Г. Н. Трансфор.маторы. Т. 1. Л., Энергоиздат, 1934.
446 с.
33. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Ра-счет индуктив·ностей. Л"
«Энергия», 1970. 416 с.
34. Миллман Я., Тауб Г. Импульсные и u:ифровые устройства.
М.-Л" Госэнергоиздат, .1960 . 4 .16 с.
35. Ицхоки Л. С., Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые
устройства . М" «Совете-кое рад·ИО» , 11973. 591 с .
36. Bardeen J., Brattaiп W. Н. Physica\ principles involved in
transistor actioп. - «Phys. Rev.», July 1949, vol . 75, р. 230-231 .

СОДЕРЖАНИЕ
Предислов.ие
Гл а в а пе р в а я. Ферритовые сердечники с непрямоуголь­
ной петлей гистерезиса
·1 . Электромагнитные процессы перемагничивания сердеч­
ника импульсного трансформатора в ста'!'ичесКL'М ре-
жиме
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
а) Перемагничивание ферритового сердечника с НПГ
на частном несимме1'ричном цикле гистерезиса . .
б) Температурные характеристики ферритовых сердеч-
·ниrковсНПГ . . . .
.
в) Выбор режима работы и контроля сердечников для
импульсных трансформаторов . . . . . .
г) Параметры ферритового сердечника с НПГ в реж~и-
ме однополярного намагничивания . .
д) Расчет поля намагничивания сердечника при задан­
ном· перепаде индукll!ИИ ·С учетом разброса характе­
ристик сердечников, измеренных при заданном поле
е) СтатичеаNoие характеристики ферритовых сердечни­
·Ков с НПГ при наличии зазора
2. Переходные процессы намагничивания сердечника
в импульсном режиме
.
.
.
.
.
.
.
а) Схема замещения ферритового сердечника с НПГ
при ·работе в импульсном режиме
.
б) Общий случай намагничивания ферритовых сердеч­
ников с НПГ от источника с конечным значением
внутреннего сопро11ивления
.
.
.
.
в) Намагничивание ферритОIВЫХ сердечников в режиме
воздействия импульсов ·напряжения
г) Намагничивание ферритовых сердечников с НПr
в режиме воздействия прямоугольных импульсов
тока
.
.
.
.
.
.
.
.
д) Намагничивание ферритовых сердечников с НПГ
импульсом напряжения неидеально прямоугольной
формы
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
е) Намагничивание ферритового сердечника с НПГ ·им-
·пульсом тока неидеально прямоугольной формы . .
ж) Потери энергии в ферритовом сердечнике с НПГ
при однополярном намагничи1вании
з) Нагревание сердечника с НПГ при намагничивании
и предельная частота работы . . .
11) Параметры сердечника импульсного трансформатора
3. Методы контроля ферритовых сердечников с НПГ
.
3
4
4
4
8
13
14
19
23
30
30
33
35
39
41
46
50
53
56
57
119

а) Контроль статических характеристи:к сердечника при
перемагничивании на частном несимметричном цикле 57
б) Контроль статических и импульсных хара·ктер·истик
сердечников при перемагничивании импульсами на-
пряжения............58
в) Влияние неидеально прямоугольной формы им•пуль­
сов напряжения и конечного значения внутреннего
соIJ>ротивления генератора на точ•ность измерения
параметров сердечников . . . . . . . . 63
г) Пр.именение интег.рирующей цепочк•и для увеличения
точностиизмерений . . . .....
•
66
д) Автоматический контроль проницаемости частного
цикласердечников.........68
е) Методика про.из11юдственного контроля сердечников
марки1IООНМИ.и350ННИ . . . . . . . 71
Гл а в а в тор а я. Миниатюрные импульсные трансформаторы 72
4. Электромагнитные парамет.ры ИТ
.
.
72
а) Общие требования к параметрам ИТ . .
72
б) Расчет тока намагничивания трансформатора с уче-
том разброса .параметров сердечников в диапазоне
температур...........73
в) Расчет максимально допустимой площади передавае-
мых импульсов и частоты их повто.рения . . . 75
5. Расчет переходного процесса в цеп.и ИТ с учетом по­
токов рассеяния по принципиальной и эк·вивалентной
схемам.....
.
.
.
.
76
а) Расчет переходного процесса в цепи ИТ
.
76
б) Физическая сущность индукт.ивности рассеяния и
взаимосвязь опособа ее определения с выбором
эквивалентной схемы замещения трансформаторной
цепи..........
.
.
82
в) Расчет переходного процесса в цепи, содержащей
различные эК~В11tвалентные схемы замещения транс-
форматора . .
.
.
.
85
г) Эк.спериментальное исследование иидуктивности рас-
·сеяния разновитковых обмоток . .
88
6. Расчет переходного процесса ~ цепи ИТ с учетом всех
паразитных параметров .
91
а) Паразитные параметры ИТ .
91
б) Полная эквивалентная схема ИТ
92
в) Процесс нара.стания фронта импульса
93
г) Плоская вершина импульса .
94
д) Срез импульса .и обратный ход
95
7. Методы контроля миниатюрных ИТ
95
а) Измерение то·ка .намагничивания
95
.б)
Измерение коэффициента трансформации
97
в) Из>Мерение междуобмоточной емкости .и индукТ1ив-
нОС11и рассеяния . . . .
.
.
98
8. Вопросы :констрJIНрования и применения ИТ
99
а) Ряды ИТ типа И, ОСИ, ТИГ, ТИМ, БТИ
99
б) Выбор материала сердечника
108
в) Проектира<вание рядов ИТ
110
г) ВоI11росы использования ИТ в элек1rронных ехемах 114
С:ццсох литературы
117