Раздел: Документация
0 ... 24 25 26 27 28 29 30 ... 35 анодом и катодом, что свойственно всем приборам магнетронного типа, трансформаторная цепь с такими приборами обычно имеет емкостную реакцию. В качестве более или менее характерного примера рассмотрим проектирование ИТ для работы в составе источника импульсного электропитания амплитрона при следующих исходных данных: мощность импульса 4 МВт; напряжение на первичной и вторичной обмотке 24 и 60 кВ; длительность импульса 10 мкс; длительность фронта импульса 0,2 мкс, что являлся весьма жестким требованием; общая неравномерность вершины не более 2%; частота повторения импульсов 100 Гц; емкость амплитроча 200 пФ; генератор — жесткого типа, а = 0,8; емкость генератора 40 пФ (при условии применения в нем коммутатора из двух параллегьно работающих импульсных модуляторных ламп типа ГМИ-34); индуктивность монтажа первичной и вторичной цепи — по 0,5 мкГн. Планируется производство ИТ крупной серией, и поэтому конструкция должна быть максимально простой и технологичной. Вследствие относительно малой мощности ИТ КПД его имеет второстепенное значение. Требования конструктивной простоты и технологичности ИТ в сочетании с относительно малой (40 Дж) энергией импульса делает весьма желательным примегение МС разрезного типа, производство которых освоено предприятиши электротехнической промышленности. Для проверки возможности применения такой МС оценим необходимый ее объем. При относительно неболышх напряжениях на обмотках целесообразно применение в ИТ конических обмоток (рис. 6.12) с бумажно-масляной изоляцией i схемой по рис. 6.6. В связи с необходимостью выбора стандартизованной МС предварительные расчеты носят оценочный характер и допустимо прегебрежение второстепенными факторами. По этим причинам принимаюся близкие к реальным для конических обмоток коэффициенты FL = Fc — 0,5, а также kL —Kq. Ввиду требования о минимальное удлинении фронта импульса принимается оптимальный для режима с коэффициентом а = 0,8 (при линейной нагрузке) коэффициент затухашя трансрорматорной цепи б = б0 = 0,8. Впоследствии, так как амплитрон представляет собой нагрузку с сильно выраженными нелинейным,! свойствами, значение б должно быть уточнено. Для получения минимальногс объема МС из стали 3425 принимается максимальное допустимое дл* этой стали приращение индукции 3 Тл. Расчет объема по формуле (5.2) при обычном для разрезных МС коэффициенте заполнения сечения сталью 0,9 дает значение объема, при индуктивной и емкостной реакции трансформаторной цепи 179 и 1860 см3 соответственно. Из рассмотрения табл. 6.2 можно заключить, что максимальный объэм магштопроводов типа ПЛ равен 2070 см3. Таким образом, в данном случ ie возможно спроектировать ИТ с разрезной МС, и поэтому дальнейшие расчеты ориентированы на МС этого типа. 162 Из исходных данных следует, что без учета КПД коэффициент трансформации ИТ равен 2,5; приведенное к числу витков первичной обмотки сопротивление нагрузки 144 Ом; эффективные токи в проводах первичной и вторичной обмотки 5,3 и 2,1 А. Для расчета электромагнитных параметров схемы замещения по графикам на рис. 3.22 и 3.23 определяется относительная длительность фронта импульса. Из условия минимального удлинения фронта и отсутствия выброса на фронте для индуктивной и емкостной реакции трансформаторной цепи находим 3 и 2 соответственно. С учетом этих значений Тф по формулам (3.45) —(3.48) рассчитываются электромагнитные параметры схемы замещения ИТ: при индуктивной реакции индуктивность рассеяния 19,6 мкГн, емкость 1215 пФ;, при емкостной реакции индуктивность рассеяния 3,01 мкГн, емкость 1990 пФ. Таким образом, ИТ реализуем только при емкостной реакции трансформаторной цепи, и поэтому дальнейшие расчеты ориентированы на емкостную реакцию. С учетом ориентировочного объема МС при емкостной реакции определенная по формуле (5.6) толщина ленты МС должна быть менее 0,077 мм. Таким образом, для получения допустимого снижения напряжения на вершине импульса выбирается лента толщиной 0,05 мм. Расчет диаметра проводов обмоток по формуле (5.7) при плотности тока 5 А/мм2 с учетом распределения токов по секциям обмоток (см. рис. 6.6) приводит к di — 0,59 мм и d2 = 0,37 мм. Изоляцию обмоток целесообразно выполнить в соответствии с рис. 6.9. Толщину изоляции между МС и первичной обмоткой для создания масляных каналов следует нринять 1 см, имея в виду, что каркас первичной обмотки будет установлен на клиньях. Толщину изоляции между обмотками с учетом согласного включения обмоток и некоторого эксплуатационного запаса можно принять равной 0,4 см, условную толщину главной изоляции — 0,6 см, что Соответствует поперечной напряженности электрического поля 10 МВ/м. С учетом конической конструкции обмоток и принятого размера изоляционных промежутков коэффициент g = 3,67. Расчет сечения МС, числа витков в обмотках и длины намотки по формулам (5.11)-(5.13) дает следующие результаты: w>i = 28,4; w2 =72,5; h =0,342 м. Выбирается магнитопровод типа ПЛ 40 X 80-200, далее проводятся поверочные расчеты, в результате которых принимается wt =29; и>2 = 73. Суммарная высота стержней магнитопровода ПЛ 40 X 80-200 составляет 0,4 м, что несколько больше расчетной. Однако увеличение высоты стержней полезно, так как позволяет увеличить длину намотки и тем повысить продольную электрическую прочность ИТ. Некоторое увеличение емкости при этом, и уменьшение индуктивности рассеяния обмоток также полезно, так как при емкостной реакции приводит к увеличению коэффициента затухания и уменьшению выброса напряжения на фронте импульса. Из этих соображений принимается максимальная возможная длина намотки 0,38 м, т. е. длина одной секции вторичной обмотки 95 мм. Первичную обмотку с учетом длины секций для уменьшения потерь и индуктивности рассеяния целесообразно выполнить из четырех параллельных проводов ПЭВ-2 диаметром 0,71 мм (0,79 мм в изоляции), а вторичную - из двух параллельных проводов той же марки диаметром 0,50 мм (0,57 мм в изоляции). С учетом размера изоляционных промежутков и диаметра проводов средний периметр намотки равен 0,34 м. Расчет индуктивности рассеяния и суммарной емкости обмоток по формулам (4.31) -(4.33) дает результат 2,25 мкГн и 1642 пФ, что меньше допустимых из электромагнитного расчета. При этих значениях коэффициент затухания равен 0,55, а удлинение фронта примерно 0,15 мкс. Выброс напряжения на фронте импульса при этом имеет примерно 3%, что больше оговоренного исходными данными. Устранить выброс целесообразно посредством корректирующей цепи, которая всегда используется в установках импульсного электропитания приборов магнетронного типа вследствие значительного разброса параметров последних. Расчет потерь мощности и кажущейся магнитной проницаемости МС по формулам (2.18) и (2.19) дает 107 Вт и 6400. При такой магнитной проницаемости индуктивность намагничивания ИТ равна 33 мГн, а снижение напряжения на вершине импульса 0,87%, что вдвое меньше допустимого. Согласно расчету потери в обмотках равны 115 Вт, а энергия, накапливаемая в электромагнитных параметрах схемы замещения, - 80 Дж. С учетом всех видов потерь и накапливаемой энергии КПД ИТ равен 0,96%, что является хорошим результатом. Тепловые расчеты показывают, что ИТ может работать при частоте повторения импульсов до 230 Гц. Удельный объем МС велик - 52 м3/МДж, что является следствием относительно большой емкости амплитрона, вызвавшей емкостную реакцию трансформаторной цепи и весьма жестких требований к удлинению фронта трансформированного импульса. ГЛАВА СЕДЬМАЯ ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ С ТОРОИДАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ 7.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРОИДАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМАХ Тороидальные МС компонуются из тороидальных (кольцевых) магнитопроводов, число которых может бить от одного до нескольких десятков. Каждый магнитопровод изготовляется посредством навивки ленты на кольцевую оправку (рис. 7.1), т.е. технология в целом такая же, как у витых стержневых [33—35]. 164 Для навивки используется лента из трнасформаторной стали марок 3421-3425 или из пермаллоя. Изготовленные из трансформаторной стали магнитопроводы благодаря спеканию изолирующего покрытия ленты имеют достаточно высокую механическую прочность и допускают компоновку в МС и установку в выемной части ИТ без специальных защитных деталей. Возникающие при креплении магнитопроводов механические напряжения не оказывают существенного влияния на магнитные свойства МС. При сборке МС предпочтение отдается вертикальной установке магнитопроводов, так как при этом обеспечивается лучшая конвекция масла у торцевых частей магнитопроводов и, следовательно, облегчается теплоотвод. Горизонтальная установка .применяется в тех случаях, когда для увеличения площади сечения МС набирается из большого числа магнитопроводов. У таких МС велика неравномерность поперечного сечения: Ъ > а . При вертикальной установке магнитопроводов "длинная сторона" витков оказывается горизонтальной, что приводит к их провисанию. При горизонтальной установке, наоборот, "длинная сторона" витков вертикальна и провисание исключено. В отличие от магнитопроводов из трансформаторной стали магнитопроводы из пермаллоя легко деформируются и их магнитные свойства существенно изменяются при различных механических воздействиях. По этим причинам магнитопроводы из пермаллоя обычно помещают в защитные обечайки из немагнитного металла или механически прочного диэлектрика (рис. 7.2). Металлические обечайки могут быть из
меди, алюминия, нержавеющей стали. Достоинство обечаек из меди и алюминия состоит в их высокой теплопроводности, что облегчает охлаждение МС. Однако недостаточная механическая прочность обечаек из этих металлов затрудняет изготовление и компоновку крупногабаритных МС. Поэтому в последних целесообразно применение обе- чаек из нержавеющей стали, механически более прочных. Недостаток таких обечаек — значительно меньшая теплопроводность. Обечайки из изоляционных материалов — стеклоэпоксида, органического стекла, пластмасс — имеют низкую теплопроводность и поэтому применяются для защиты магнитопроводов небольшого размера, обычно диаметром менее 250 мм. Пространство между обечайкой и магнитопроводом обычно заполняется эластичным амортизирующим компаундом, например силиконовой смазкой ЦИАТИМ-201 или ей подобными. Относительная конструктивная сложность и высокая стоимость пермал-лоевых магнитопроводов делает их применение целесообразным только при весьма коротких импульсах, когда необходимо уменьшить потери на вихревые токи посредством уменьшения толщины ленты магнитного материала. Ранее отмечалось, что пермаллой не обладает преимуществами перед трансформаторной сталью ни в отношении приращения индукции, ни в отношении удельного электрического сопротивления. Поэтому с учетом значительной конструктивной сложности МС из пермаллоя их применение оправданно только тогда, когда толщина ленты должна быть менее 0,05 мм, т. е. когда МС не может быть сделана из электротехнической стали. По этой причине МС трансформаторов, предназначенных для работы при малой длительности и высокой частоте повторения импульсов, приходится изготовлять из пермаллоя. Однако и тонкие ленты пермаллоя не всегда помогают избежать больших потерь, и тепловой режим работы МС оказывается чрезмерно напряженным. В таких случаях приходится применять водяное охлаждение МС. С этой целью обечайки, предпочтительно медные или алюминиевые, изготовляются с водяными рубашками. Главная технологическая трудность изготовления магнитопроводов из Пермаллоя состоит в необходимости их отжига в специальных печах — в атмосфере водорода, инертных газов или в вакууме. Обычно это печи небольшого размера и пригодны для отжига магнитопроводов сравнительно малого, не болеее 600 мм, диаметра. По этой причине приходится применять МС из большого числа магнитопроводов малого диаметра, что приводит, с одной стороны, к большой неравно-сторонности сечения МС, с другой - к существенному ограничению мощности и энергии ИТ, рассчитанного на импульсы малой длительности. В то же время магнито-проводы из трансформаторной стали могут изготовляться диаметром до нескольких метров, так как стали 3421—3425 поставляются в отожженном состоянии и после изготовления магнитопровода необходимо производить не отжиг, а только спекание ленты. Таким образом, диаметр магнитопровода из трансформаторной стали ограничен лишь возможностями технологического оборудования для намотки ленты и трудностями транспортировки крупногабаритных ИТ с тороидальными МС. Наиболее важным ограничивающим фактором является железнодорожный габарит, составляющий 2,77 м. Возможные варианты компоновки магнитопроводов в тороидальные МС приведены на рис. 7.3—7.6. Компоновка МС с вертикальной установкой витых магнитопроводов приведена на рис. 7.3, где 1 — тороидальный магнитопровод; 2 — щека 166 из механически прочного изоляционного материала, например стеклоэпоксида (щеки могут быть также и металлическими, например литыми из чугуна); 3 — фундаментальная плита, служащая конструктивной основой ИТ; 4 — бандажи из стеклоленты. Магнитопроводы фиксируются в выточке на внутренней стороне щек. Внешняя сторона щек имеет наклон по отношению к внутренней. Это позволяет относительно просто реализовать в ИТ конические обмотки. При цилиндрических обмотках внешняя и внутренняя стороны щек выполняются параллельными. Таким или подобным способом удается компоновать МС из магнитопроводов диаметром до 1,5 м.  Рис. 7.3. магнитная система с вертикально установленными магнитопроводами Компоновка МС с вертикальной установкой магнитопроводов в обечайке приведена на рис. 7.4, где 1 — магнитопровод, помещенный в обечайки -2; 3 — приваренный к обечайкам угольник для крепления МС к фундаментальной плите 4. На обечайки с магнитопроводами в нескольких местах также накладываются бандажи. Такие или подобные им компоновки МС целесообразны в высоковольтных ИТ, так как позволяют наиболее простым способом реализовать вторичную обмотку с вводом посредине. Существенный недостаток обеих вертикальных компоновок — низкая механическая прочность конструкции, вследствие чего при больших диаметрах МС собранный ИТ оказывается нетранспортабельным. По этой причине ИТ таких конструкций приходится собирать на месте их постоянной установки. Компоновка МС с горизонтальной установкой витых магнитопроводов приведена на рис. 7.5, где 1 — тороидальный магнитопровод; 2 - амортизирующая прокладка; 3 - прижимной фланец. Фланцы снабжены выступами, через которые МС стягивается шпильками. Обмотки размещаются в секторах между выступами. Для повышения 0 ... 24 25 26 27 28 29 30 ... 35
|
