Раздел: Документация

0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 35

вторичная обмотка, как правило, состоит из двух одинаковых катушек, соединенных параллельно.

Такая вторичная обмотка используется для подачи напряжения накала на генераторный прибор. Относительно тока накала обе катушки обмотки соединены последовательно, и ток накала протекает по ним в противоположных направлениях, поэтому практически не создает магнитного поля в МС трансформатора. Такого рода конструкция вторичной обмотки ИТ позволяет обойтись без специального трансформатора для питания цепи накала генераторного прибора, вторичная обмотка которого находится под высоким импульсным напряжением и увеличивает паразитную емкость схемы. Недостаток такого ИТ состоит в том, что он обладает повышенной индуктивностью рассеяния из-за большей по сравнению с обычным ИТ суммарной толщины намотки.

У всех трансформаторов, схемы которых приведены на рис. 4.10 и 4.11, именно такие двухслойные вторичные обмотки. В других случаях применения ИТ второй слой во вторичной обмотке не нужен. При этом в расчетных формулах для индуктивности рассеяния коэффициент перед d2 должен быть уменьшен в два раза. Когда первичная или вторичная обмотка располагается на двух стержнях и состоит из двух параллельно соединенных секций, число витков в каждой секции одинаково. Если секции соединены последовательно, число витков в каждой нз них пропорционально напряжению на этой секции.

В ИТ на высокие напряжения сумма диаметров проводов значительно меньше толщины изоляции. Поэтому при первом, ориентировочном, расчете индуктивности рассеяния диаметром проводов можно пренебречь и облегчить таким образом сравнительную оценку электромагнитных параметров тех или иных типов обмоток.

Трансформаторы с цилиндрическими обмотками используются в широком диапазоне мощностей - от нескольких милливатт до нескольких гигаватт при напряжениях от единиц до сотен киловольт и являются наиболее распространенным типом ИТ.

4.6. СПИРАЛЬНЫЕ ОБМОТКИ

При больших токах и малых напряжениях нагрузки, т. е. при малых сопротивлениях нагрузки, необходимое требование к конструкции ИТ состоит в уменьшении индуктивности рассеяния. Емкость обмоток в таких случаях часто имеет второстепенное значение. Из известных конструкций минимальной индуктивностью рассеяния обладают ИТ с так называемыми спиральными обмотками при автотрансформаторном включении.

Спиральные обмотки, являющиеся разновидностью дисковых, наматываются широкой и тонкой проводящей лентой (или фольгой), переложенной слоистойХизоляцией из кабельной или конденсаторной бумаги, иногда в сочетании с фторопластовой пленкой. Поперечное сечение ИТ с одной секцией такой обмотки показано на рис. 4.12, а, схема автотрансформаторного включения обмотки — на рис. 4.12, б. Конструктивно ИТ со спиральными обмотками может быть выполнен как на стержневой МС (рис. 4.13), так и на тороидальной (рис. 4.14). 26

При стержневой МС спиральные обмотки выполняются двухсекционными, каждая из секций располагается на своем стержне. Несколько лучшие результаты дает применение четырехстержневой МС со стержнями одинаковой высоты. Таким способом удается несколько уменьшить не занятую обмоткой часть МС, т. е. уменьшить длину ярма. При тороидальной МС спиральные обмотки выполняются в виде относительно узких секций, которые располагаются симметрично по окружности МС. Число секций в этом случае может доходить до 20. Как в стержневых, так и в тороидальных ИТ со спиральными обмотками все секции соединяются параллельно.

Рис. 4.12. Поперечное сечение и схема спиральной обмотки

Рис. 4.13. Расположение секции спиральной обмотки в стержневой магнитной системе

Рис. 4.14. Расположение секций спиральной обмотки в тороидальной магнитной системе

Применяя изложенную методику расчета индуктивности рассеяния и динамической емкости, можно выразить эти параметры ИТ при автотрансформаторном включении спиральных обмоток формулами

I -I F ■ F , « - Л 2 »2(AB+d)

Зд,

О1.с ~ CiqFcj

Fc =

зд2

Дни>,

где ДР

толщина межвитковои изоляции.

---

С целью выяснения особенностей ИТ со спиральными обмотками учтем, что d Дв и при равной электрической прочности всех изоляционных промежутков Д2 = ABw2. Тогда

(4.27)

Стс « ЗСТ0.(4.28)

Из формул (4.27) и (4.28) видно, что индуктивность рассеяния ИТ со спиральными обмотками в три раза меньше индуктивности рассеяния ИТ с цилиндрическими обмотками, а динамическая емкость примерно в три раза больше.

Важное достоинство спиральных обмоток состоит в том, что напряжение между витками и по длине витков распределяется относительно равномерно. Видимо, по этой причине в ИТ со спиральными обмотками малы искажения формы трансформированных импульсов и слабо выражены явления, связанные с распределенным характером электромагнитных параметров обмотки.

Однако достоинства спиральных обмоток проявляются только при малом числе витков, характерном для мощных ИТ на относительно низкие напряжения. С ростом числа витков увеличивается разница в длине витков. Вследствие этого повышаются межвитковые емкости (по мере увеличения порядкового номера витка), что приводит к росту межвнтковых Напряжений в обратной последовательности. Устранить этот недостаток можно, прокладывая между витками изоляцию переменной толщины. Однако это существенно усложняет изготовление ИТ и целесообразно только в отдельных случаях.

Другой недостаток спиральных обмоток связан с тем, что общая площадь изоляции в них намного больше, чем в цилиндрических обмотках, а следовательно, выше вероятность дефектов изоляции и связанных с ними пробоев. Поэтому межвитковая изоляция выполняется обязательно многослойной, что позволяет уменьшить вероятность наложения участков с дефектами изоляции и тем самым вероятность пробоя. Так как площадь изоляции пропорциональна числу витков спиральной обмотки, а число витков, в свою очередь, пропорционально вторичному напряжению, применение спиральных обмоток в высоковольтных ИТ нецелесообразно.

При расчете электромагнитных параметров секций спиральных обмоток в формулы подставляется высота секций A i. Общая индуктивность рассеяния спиральной обмотки получается делением индуктивности рассеяния секции на число секций, а общая емкость - умножением емкости секции на число секций.

Следует отметить, что при трансформаторном включении спиральных обмоток индуктивность рассеяния оказывается большей, чем у ИТ с цилиндрическими обмотками. Поэтому применение спиральных обмоток при трансформаторном включении нецелесообразно.

4.7. КОНИЧЕСКИЕ ОБМОТКИ

Значительно, примерно в два раза, уменьшить индуктивность рассеяния ИТ при относительно небольшом увеличении емкости обмоток можно, применяя так называемые конические обмотки. Отличие конических обмоток от цилиндрических состоит в том, что Толщина междуобмоточной изоляции в них выбирается пропорциональной напряжению между отдельными витками первичной и вторичной обмотки. Так как напряжение по длине обмотки распределяется примерно линейно, то и толщина изоляции в конических обмотках увеличивается от начала обмоток к их концу по линейному закону. В отличие от спиральных обмоток площадь изоляции конических не зависит от числа витков; поэтому применение конических обмоток целесообразно и при высоких напряжениях, вплоть до нескольких мегавольт.

данияр

«1

Рис. 4.15. Конструкция конической обмотки

Схематически конструкция конической обмотки приведена на рис. 4.15. Из рисунка следует, что при линейном законе изменения напряжения толщина изоляции между первичной и вторичной обмотками и средний периметр обмотки соответственно

Апх = Дi2 + (д « - An) f ;(4.29)

Рх =Р-2(А(2 -д»)-£•(4.30)

Используя изложенную методику расчета электромагнитных пара-

99

---

метров обмоток, с учетом формул (4.29) и (4.30) можно найти

Мои-i

р-2(Д12

Д12 + (Д,2 -Д,2)

d, + d.

е0е (и - 1)

12 к

- 1

dx +ph

2(Д12fc-J*2

Л.

А 12 + Ui

Разность потенциалов между начальными точками первичной и вторичной обмоток обычно невелика. Поэтому Д,2 < Д12 и

s к

где

(4.31)

А12 / 12At2 \

д2 \ 2 ~ 17" у

12 к

т.к где

2

ЗСТ0 д2 д ,2 1 Сц + Ci2K

2Д

Зр

зд2

л - 1

и

CT0FC,

(4.32) (4.33)

Д2 Г. ( \2Д,2\

d2 +

Конические обмотки, как отмечалось, целесообразно применять в ИТ на весьма высокие напряжения. Обычно при этом п > 1, а значит, автотрансформаторное включение таких обмоток не имеет существенных преимуществ по сравнению с трансформаторным. Анализ формул (4.31) —(4.33) показывает, что индуктивность рассеяния у конических обмоток примерно в два раза меньше, а емкость — примерно в полтора раза больше, чем у цилиндрических. Поэтому применение конических обмоток наиболее целесообразно в мощных ИТ.

4.8. ОБМОТКИ МОЩНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

В импульсной электроэнергетике наметилась устойчивая тенденция к увеличению мощности электрических импульсов. С увеличением мощности приходится уменьшать общую индуктивность трансформатор-100

ной цепи и, следовательно, индуктивность рассеяния ИТ. Произведем количественную оценку индуктивности рассеяния, необходимую при проектировании мощных ИТ.

Пусть трансформаторная цепь имеет наиболее благоприятную индуктивную реакцию, при которой удлинение фронта импульса может рассчитываться по упрощенной формуле (3.23). Выражая в этой формуле сопротивление нагрузки через напряжение и мощность нагрузки, получим

Р= -—-ч,(4.34)

2,2а (Ls +£м)

откуда видно, что при заданных параметрах трансформированного импульса, генератора и трансформаторной цепи для увеличения мощности нагрузки необходимо уменьшать индуктивность рассеяния ИТ.

Примем а — 0,5, Гф = 0,1 мкс и U2 = 20 кВ, что более или менее характерно для мощных импульсных установок. В этом случае для получения импульса мощностью в 1 ГВт индуктивность всей трансформаторной цепи должна быть не более 36 нГн, а импульсов мощностью 10 и 100 ГВт - не более 3,6 и 0,36 нГн соответственно. Естественно, индуктивность рассеяния ИТ не должна превышать этих значений. При емкостной реакции трансформаторной цепи индуктивность трансформаторной цепи, как это видно из формул (3.18) и (3.45), должна быть примерно на порядок меньше, чем при индуктивной реакции. Проектирование ИТ с весьма малой (несколько наногенри) индуктивностью рассеяния является сложной задачей и поэтому требует специального рассмотрения.

На основании изложенного индуктивность рассеяния ИТ можно выразить следующей формулой:

n0FLkb.2w\ ( i f/,f„,\

= -}-j+( }

из которой видно, что при заданной конструкции ИТ и параметрах импульса генератора уменьшать индуктивность рассеяния можно, выбирая соответствующий тип обмоток, увеличивая приращение индукции в МС, длину намотки, уменьшая толщину изоляции и число витков в первичной обмотке ИТ.

Выбор типа обмоток ограничен разработанными, увеличение приращения индукции — явлением насыщения стали МС, а уменьшение толщины изоляции — требованиями к электрической прочности обмоток ИТ. Поэтому наиболее эффективные способы — уменьшение числа витков и увеличение длины намотки. Именно по этой причине у обмоток мощных ИТ обычно небольшое число витков, вплоть до минимального возможного (один в первичной и л во вторичной обмотке).

0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 35