Раздел: Документация

0 1 2 3 4 5 ... 35

технической проблемы. Значительные технологические трудности возникают при изготовлении крупногабаритных МС мощных ИТ. Немаловажную роль играют также экономические факторы.

По перечисленным и другим причинам подобного характера к мощным ИТ помимо функциональных неизбежно предъявляется еще и целый комплекс технико-экономических требований, главные из которых: минимальные габариты, масса, стоимость, потери энергии и высокая технологичность. Технико-экономические и функциональные требования часто оказываются одинаково важными, так как невыполнение технико-экономических требований иногда приводит к невозможности или экономической нецелесообразности применения ИТ. Поэтому особое внимание должно уделяться поиску конструкций с высокими технико-экономическими показателями при безусловном, естественно, выполнении ими своего функционального назначения.

1.5. ОБЩИЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Импульсные трансформаторы отличаются многообразием конструктивного исполнения. Это обусловлено их применением в широком диапазоне энергий, мощностей, напряжений, длительностей импульсов, требованиями к форме трансформированных импульсов, различиями в назначении и условиях эксплуатации и т. д. Тем не менее, несмотря на это многообразие, все конструктивные схемы ИТ можно свести к четырем основным: стержневой (рис. 1.6), броневой (рис. 1.7), броне-

14

Рис. 1.6. Конструктивная схема стержневого ИТ

стержневой (рис. 1.8) и тороидальной (рис. 1.9). Таким образом, по конструктивным признакам ИТ можно классифицировать как стержневые, броиевые, бронестержневые и тороидальные. Форма поперечного сечения МС у них может быть прямоугольной или круговой (рис. 1.10 и 1.11), как и у силовых трансформаторов. 12

На рис. 1.6—1.11 и далее в тексте приняты следующие обозначения: I - длина МС (средней магнитной линии); 1Х и /2 — внутренняя и наружная длина МС (самой короткой и самой длинной магнитной линии);

гтП

Г?

Рис. 1.7. Конструктивная схема броне-Рис. 1.8. Конструктивная схема

вого ИТбронестержневого ИТ

Рис. 1.9. Конструктивная схема тороидаль- Рис. 1.10. Прямоугольное ного ИТпоперечное сечение ИТ

* > h 1, п 2 - высота катушек с обмотками (длина обмоток); А 0 -ширина окна в стержневых и броневых МС, а также длина ярма в тороидальной МС; д - толщина катушки; a1( А12 и д2 - толщина изо-

---

ляции между первичной обмоткой и МС, между обмотками и между вторичной обмоткой и МС соответственно; Ах и А2 — толщина первичной и вторичной обмотки; а, Ъ и d — стороны прямоугольного и диаметр кругового поперечного сечения МС; Ас — высота стержня МС; 5 и5а — геометрическая и активная площадь поперечного сечения МС; V = IS, Vu — 1БЛ — геометрический и активный объем МС; кл =SUIS — коэффициент заполнения сечения МС сталью (предполагается, что МС набра-

А2

Рис. 1.11. Круговое поперечное сечение ИТ

на из листов или навита лентой толщиной с); первичная и вторичная обмотки содержат wt и w2 витков из проводов диаметром или толщиной dt и d2; X = h // - коэффициент использования длины МС; п = = w2/wi «» U2/Ui - коэффициент трансформации ИТ.

Характерная конструктивная особенность ИТ - относительно малое число витков в его Обмотках. Так, в некоторых случаях находят применение ИТ с минимальным возможным числом витков: w1 = 1 и w2 = и. По этой причине объем проводниковых материалов обмоток ИТ намного, в 10 . .. 1000 раз, меньше объема МС и в качестве обобщающего технико-экономического показателя конструкции ИТ естественно принимать объем его МС. Если принять такой показатель качества, то непосредственно из рис. 1.6 .. .рис. 1.9 видно, что не все конструкции в этом отношении равноценны, так как в каждой из них эффективно используется только та часть объема МС, которая заключена внутри обмоток. Внешние части МС, т. е. ярма, служат только для проведения рабочего магнитного потока ИТ. Так как поперечное сечеиие постоянно по длине, то эффективность использования МС можно характеризовать коэффициентом использования длины Л. = h/l, где под высотой обмотки h понимается суммарная высота катушек. Как показывает опыт конструирования ИТ, максимальные значения этого коэффициента составляют: для тороидальной МС - 0,95; для стержневой - 0,6; для броиевой и бронестерж-невой - 0,3. Таким образом, наиболее экономичны ИТ тороидального типа, отно-14

сительно экономичны - стержневого и менее всего экономичны — броневого и бронестержйевого. Если учесть, что конструктивно и технологически стержневые, броневые и броиестержневые ИТ примерно равноценны, то следует вывод о целесообразности применения тороидальных и стержневых МС в ИТ, особенно мощных, отличающихся большим объемом МС.

Коэффициент использования длины МС можно повысить, увеличив высоту стержня или диаметр МС. Однако такие вытянутые в высоту или увеличенного диаметра конструкции имеют большие габариты, менее прочны, нетехнологичны, для них характерен повышенный расход проводниковых материалов, потери мощности в обмотках, искажения трансформированных импульсов и другие недостатки. Однако наиболее важно то, что высшие функциональные показатели достигаются в конструкциях ИТ с максимальной большой площадью сечения и минимальной длиной МС, как будет показано далее. В связи с этим коэффициент использования длины МС является показателем относительным и характеризует только степень конструктивного совершенства ИТ.

С другой стороны, увеличение площади сечения и уменьшение длины МС имеет ограничения, состоящие в следующем. Одновременно, при постоянном объеме МС, увеличивается отношение длины самой длинной к длине самой короткой магнитной линии. Это приводит к пропорциональному увеличению степени неоднородности магнитного поля МС, вследствие чего насыщение ее внутренних частей происходит раньше, чем наружных. В итоге - дополнительные искажения формы трансформированного импульса, потери мощности, увеличение магнитных потоков рассеяния, вызывающих нагрев элементов конструкции ИТ. Поэтому для получения приемлемой степени неоднородности магнитного поля в МС необходимо выполнение ограничения в виде неравенства < 1,5.

Связь длины МС с другими размерами для разных типов МС определяется следующими формулами:

для тороидальной МС прямоугольного сечения

х

для стержневой МС прямоугольного сечения

/с.к= ---yfJ =kc.KjT.(1.6)

h - h

для стержневой МС кругового сечения 8 h +h

V~JT

Из формул (1.4)-(1.6) прежде всего видно, что для уменьшения Длины МС необходимо выполнение условия а < Ъ. По этой причине второй возможный случай (а > Ь) практического значения не имеет и далее не рассматривается.

---

Уменьшая сторону а и увеличивая сторону Ъ сечения, длину МС можно уменьшить неограниченно. Однако практически это реализуется лишь в незначительной степени, так как при уменьшении отношения а\Ь уменьшается механическая прочность и виброустойчивость обмоток, возникает провисание или распушение проводов обмоток со стороны Ь, а следовательно, усложняется намотка и закрепление витков, увеличивается расход проводниковых материалов, затрудняется наложение обмоток. По этим причинам отношение а\Ъ не следует выбирать меньшим 0,5. Обычно же применяют форму сечения, близкую к квадратной. Если принять квадратное сечение и равновеликое круговое, то при максимальном допустимом отношении l2/li — 1,5-длина и площадь сечения МС окажутся связаны соотношениями

/т= 15,75";(1.7)

1с.п = 2Ь/1;(1.8)

lc.K = 22,6s/T.(1.9)

Из этих формул видно, что при одинаковой площади сечения минимальную длину имеет тороидальная МС, а максимальную — стержневая кругового сечения. Вследствие этого, а также по причине большой конструктивной и технологической сложности, связанной с трудностями изготовления из тонких листов или лент, МС кругового сечения находят ограниченное применение в ИТ.

С целью упрощения записи расчетных формул в них далее вводятся следующие конструктивные коэффициенты и производные величины:

коэффициент формы прямоугольного сечения МС

ks = 0,5 (s/TJb + л/Ь/й);(1.10)

коэффициенты длины МС

D2+Dih+h ,8 h+h

kt = «п-г7;*сп=47-1 > кск =1-Г О-11)

l>2 - Di■ h - h. yf h - h

сторона базового квадратного сечения МС д0 = \/~ab= 1,13/)= у/Т;(1.12)

средняя длина витка обмотки

Р= kp(ks/T + A).(1.13)

В последней формуле для прямоугольного сечения кр = 4, а для кругового кр = я и ks = 1,13.

В отличие от силовых трансформаторов строгая и обоснованная классификация ИТ не разработана. Вводимая здесь основана на принципах классификации силовых - по конструктивным признакам и классу напряжения. По конструк-16

тивным признакам ИТ удобно классифицировать как тороидальные, стержневые, броневые и бронестержневые. Значительно сложнее классифицировать ИТ по классу напряжения, так как напряжения ИТ не могут быть стандартизованы по причине многообразия применения этих трансформаторов.

Облегчает классификацию по напряжению следующее соображение. Характерным признаком класса напряжения является тип и конструкция главной изоляции ИТ, в сильной степени определяющая собой и конструкцию ИТ в целом. Так, в ИТ иа напряжение до 20 кВ удается применять сухую изоляцию из слоистых диэлектриков, в некоторых случаях - воздушную при нормальном давлении. В интервале напряжений 20 ... 100 кВ обычно применяют бумажно-масляную или бумажио-плеиочно-масляную изоляцию. При напряжении более 100 кВ лучшие результаты дает применение чисто масляной изоляции. Изоляция в виде бакелитовых или стеклоэпоксидных цилиндров в последнем случае выполняет роль несущих элементов конструкции (для наложения и закрепления обмоток). Поэтому, несмотря на определенную условность, целесообразно ввести такую классификацию по классу напряжения, чтобы значение напряжения отражало и конструктивные особенности изоляции, т. е. в следующем виде: ИТ класса напряжения до 20 кВ; ИТ класса напряжения до 100 кВ; ИТ класса напряжения свыше 100 кВ.

Конечно, не исключается возможность применения различных комбинированных видов изоляции, например маслобарьерной или элегазобарьерной при повышенном давлении элегаза. Однако существенного влияния на принцип классификации это йе оказывает.

1-6. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В общей постановке проектирование — это выбор технического решения и создание совокупности документов, достаточных для промышленного изготовления объекта проектирования.

Содержанием проектирования ИТ является выбор конструкции, отвечающей- функциональным и эксплуатационным требованиям и обеспечивающей получение приемлемых технико-экономических показателей. Если такая конструкция найдена и достаточно глубоко проработана, то создание соответствующей совокупности документов (разработка конструкторской документации) не представляет принципиальных затруднений. По этим причинам в данной книге задача проектирования ограничена выбором соответствующей конструкции и такой степенью детализации последней, которая достаточна для разработки конструкторской документации. Именно в этом смысле употребляется Далее термин "проектирование".

При такомограничении задачи в сфере проектирования из эксплуатационных остаются фактически только требования к электрической прочности и теплостойкости конструкции ИТ. Эти требования с равным основанием можно отнести как к эксплуатационным, так й к функциональным, поскольку без их выполнения нормальное функционирование ИТ невозможно. Поэтому далее требования к электрической прочности

0 1 2 3 4 5 ... 35