Раздел: Документация
0 ... 27 28 29 30 31 32 33 ... 35 выбрано достаточно большим, то напряжение на каждом из них относительно невелико и надежная изоляция между обмотками осуществляется простым выбором толщины разделительных колец 13, несмотря на то что полное напряжение может быть весьма высоким. Из опыта проектирования ИТ такого типа можно считать рациональным напряжение на каждом магнитопроводе до 50 кВ. При таком напряжении общее число магнитопроводов не слишком велико и в то же время чрезмерных трудностей с изоляцией не возникает. Более или менее типичное число магнитопроводов — 10; Так как между первичной и вторичной обмотками отсутствуют конструктивнее детали, то нет и путей для поверхностного разряда. Роль главной изоляции между обмотками выполняет трансформаторное масло. Благодаря этому электрическое поле в междуобмоточном пространстве достаточно однородно, за счет чего и достигается высокая электрическая прочность изоляции. Единственный путь для поверхностного разряда сохраняется вдоль трубы 3. Однако это не нарушает высокой электрической прочности вторичной обмотки, так как, во-первых, последовательное соединение одинаковых секций магнитопроводов обеспечивает равномерное распределение напряжения по высоте вторичной обмотки и, во-вторых, поскольку число магнитопроводов относительно велико, то высота ИТ оказывается большой и путь поверхностного разряда - длинным. Конструктивный расчет ИТ производится по приведенной ранее методике. Особенности расчета в следующем. Число витков первичной обмотки находится по формуле wU.tJiABSkk),(7.1) где S/c — площадь сечения магнитопровода. Наиболее целесообразно квадратное сечение магнитопроводов. Для этого случая индуктивность рассеяния, емкость вторичной обмотки относительно МС и междуобмоточная емкость, приведенные к числу витков первичной обмотки, выражаются формулами Ls& 16.10-7w,[(fc + l)(a +Д+2Д?)+Aw]/(D + d)-(7.2) С2т« 18,5 • W-12e(D + d)(a + Д2)и2/(Д2£);(7.3) C,2T = 14-10-12e(D+d)[(fc + l)(a + Д) + 2Д2]и2/Д,2,(7.4) где!)и d— наружный и внутренний диаметр МС; д12 — максимальная толщина междуобмоточной изоляции (в районе углов и верхнего торца верхнего магнитопровода); Д2 — толщина изоляции между магнито-проводом и витками вторичной обмотки; Д — толщина изоляционного кольца. При прямоугольном сечении индуктивность рассеяния и обе емкости увеличиваются примерно в ks раз. Специально проведенным сравнением установлено, что индуктивность рассеяния и емкости обмоток в данном ИТ выше, чем в ИТ обычных конструкций, и поэтому относительно велики искажения фронта импульса. В то же время искажения вершины импульса и объем МС в нем значительно меньше. Так, при а = Ь и к = 10 искажения фронта увеличиваются примерно в 1,5 раза, а искажения вершины и объем МС уменьшаются в 3,16 раза, что во многих случаях более важно, чем некоторое увеличение искажений фронта. Однако главное достоинство описанной конструкции состоит в возможности применения магнитопроводов малого диаметра и обеспечения .сравнительно простым способом надежной изоляции при весьма высоких напряжениях. Данной конструкции ИТ свойственны и некоторые недостатки. Так, необходимо предусматривать каналы для выхода воздуха из-под изоляционных колец между магнитопроводами. Для этого кольца в местах нулевого потенциала (середина секций), где обмотки соединяются в магнитопроводами, снабжаются прорезями и* буртиках и вся выемная часть ИТ устанавливается слегка наклонно - так, чтобы прорези были выше остальной части колец. Вследствие большой высоты вертикальных участков витков первичной обмотки первичная обмотка склонна к вибрации иа частоте повторения импульсов. В одном.из изготовленных и длительное время эксплуатировавшихся ИТ такого типа [40] были применены магнитопроводы из пермаллоя марки 50НП с внутренним и наружным диаметром 250 и 420 мм, шириной ленты 25 мм и толщиной 0,05 мм. Каждый магнитопровод состоял из трех сердечников, разделенных шайбами из электрокартона толщиной 0,5 мм; общее число магнитопроводов с обмотками равнялось 10. Толщина разделительного кольца из органического стекла была 15 мм. Секции вторичной обмотки содержали по 260 витков, середины секций соединялись с магнитопроводами с целью удаления электростатического заряда и более равномерного распределения напряжения. Первичная обмотка содержала 14 витков из трех проводов БПВЛ-25. Расстояние между первичной и вторичной обмотками вверху составляло 80 мм. Габариты выемной части ИТ - 1250 X 700 X 700 мм. При таких конструктивных параметрах ИТ повышал от 22 до 400 кВ напряжение импульсов длительностью до 100 мкс и мощностью до 100 МВт при скважности менее 100, удлиняя в различных режимах работы фронт импульса на 5 ... 8 мкс при выбросе на фронте импульса до 5% и снижении напряжения на вершине до 2%, а также выдерживая кратковременные аварийные состояния, в которых вторичное напряжение достигало 800 кВ. Эти опытные данные позволяют считать, что ИТ такого типа могут применяться для получения импульсного напряжения до 1 MB. Важно отметить, что в этих ИТ необходим подбор магнитопроводов по одинаковым свойствам, прежде всего по индукции насыщения, - для равномерного распределения напряжения между отдельными магнитопроводами. Опыт проектирования ИТ с тороидальными МС показал, что применение многослойных обмоток для получения высоких напряжений нецелесообразно, так как ИТ не удается выполнить достаточно электропрочным. Попытки повысить электрическую прочность, увеличивая толщину изоляционных промежутков, приводят к значительному увеличению массы и габаритов ИТ и большим удельным объемам МС. ГЛАВА ВОСЬМАЯ ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ С ОДНИМ ВИТКОМ В ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКЕ В.1. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Развитие импульсного трансформаторостроения привело к разра-, боже и применению особого конструктивного типа ИТ с одним витком в первичной обмотке, одновиткового ИТ (ОИТ) [39,41 -48]. Установим, как влияет уменьшение числа витков в обмотках w на его главные технико-экономические и функциональные показатели. Заменяя в формуле (5.1) площадь сечения МС ее выражением из формулы (2.3), для объема МС получим UQrkpkiFLa ( IWilton\ v=w иовш \к° У + gWlAV ■ (81) откуда видно, что при заданных параметрах импульса и прочих равных условиях с уменьшением числа витков первичной обмотки объем МС, а следовательно, и потери энергии в МС уменьшаются. Заменяя в формуле (3.31) индуктивность намагничивания ее выражением из соотношения (4.3) с учетом формулы (2.3) и выражая сопротивление нагрузки через энергию импульса, получим au2(1 - а) АВ 2k*V —1 = - — .(8.2) Из формулы (8.2) следует, что уменьшение объема МС со снижением числа витков первичной обмотки приводит к уменьшению снижения напряжения на вершине трансформированного импульса, т. е. повышает один из главных функциональных показателей ИТ. Выражая в формуле (4.24) длину провода обмотки через среднюю длину витка по формуле (1.13) и число витков с учетом (2.3), получим откуда видно, что при уменьшении числа витков любой из обмоток ее сопротивление, а следовательно, и потери мощности в обмотке уменьшаются. Выявляя из формулы (8.1) вторичное напряжение или удлинение фронта трансформированного импульса, можно показать, что при фиксированном объеме МС сокращение числа витков в первичной обмотке приводит к увеличению вторичного напряжения или уменьшению удди-182 нения фронта. Таким образом, сокращение числа витков первичной обмотки приводит к уменьшению снижения напряжения на вершине импульса, а также улучшает остальные функциональные показатели ИТ. Естественный фактор, ограничивающий возможность уменьшения числа витков в .первичной обмотке ИТ, — физическая нереализуемость электрического трансформатора с числом витков в любой из обмоток, меньшим одного. Из этого следует, что в повышающем ИТ минимальное число витков в первичной обмотке равно единице. Таким образом, ОИТ является предельным конструктивным типом ИТ, т. е. конструкцией с минимальным физически реализуемым числом витков в обмотках. В то же время, поскольку с уменьшением числа витков в первичной обмотке технико-зкономические и функциональные показатели улучшаются, ОИТ потенциально является самым совершенным типом ИТ. 8.2. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ Принципиально ОИТ могут проектироваться с МС любого типа. Однако преимущественная область применения ОИТ — повышение напряжения весьма мощных или коротких импульсов. В обоих этих случаях ОИТ должен обладать малой индуктивностью рассеяния и выводов. Этим определяется как необходимость применения в ОИТ тороидальных МС, так и специфичная компоновка ОИТ, позволяющая решить обе задачи, причем индуктивность выводов устраняется практи-. чески полностью. По этим причинам далее рассматриваются ОИТ с тороидальной МС. Обобщенная конструкция ОИТ с тороидальной МС приведена на рис. 8.1, где 1 - МС; 2 - вторичная обмотка; 3 - виток первичной обмотки, имеющий вид полого тороида и являющийся одновременно масляным или злегазовым баком; 4, 5 — выводы высокого (вторичного) напряжения; 6 и 7 — вводы низкого (первичного) напряжения. Схема замещения ОИТ в составе генератора импульсов приведена на рис. 8.2, где все обозначения соответствуют принятым ранее. Электромагнитные параметры ОИТ можно рассчитывать по формулам 4 = 4Мо (к, у/ТtgA2)A2FL lh ;(8.4) Ст = 4e0eh (ksy/TVgA2)n2FcIA2;(8.5) lnonSkJl,(8.6) а площадь сечения МС — по формуле Особенность расчета ОИТ состоит в том, что число витков в обмотках заранее определено его конструкцией: равно единице в первичной и коэффициенту трансформации во вторичной. Поэтому для получения определенных исходными данными искажений фронта трансфор-  Рис. 8.1. Обобщенная конструкция одновиткового ИТ
Рис. 8.2. Схема замещения одновиткового ИТ в составе генератора импульсов мированного импульса вместо задания первичного напряжения и выбора оптимальных значений площади сечения МС и числа витков первичной обмотки выбираются оптимальные площадь сечения МС и первичное напряжение. Таким образом, применение ОИТ в составе импульсной установки накладывает требование на значение напряжения генератора импульсов, т. е. обусловливает системный подход к проектированию импульсной установки. Оправданием такому нетрадиционному подходу служит техническая возможность и целесообразность применения в мощных генераторах импульсов составных коммутаторов из тиристоров и динисторов, позволяющих проектировать экономичные.генераторы в широком диапазоне напряжений. Связанное с этим некоторое усложнение генератора импуль-184 сов компенсируется как применением наиболее перспективных коммутационных приборов, так и получением наиболее высокого из возможных при применении ИТ импульсного напряжения [47]. Оптимальная площадь сечения МС определяется на основании формул (3.45), (3.46), (8.4), (8.5) и (8.7) с учетом соотношения R2 « ~ЦЦР: JWJ- л ш тЗщ1 >T«moMTTv"(8.Ю) Оптимальное первичное напряжение рассчитывается из формулы (8.7)при найденной по формуле (8,8) оптимальной площади сечения МС, после чего по формуле (8.9) рассчитывается необходимая для получения заданного удлинения фронта и выброса на фронте длина намотки И . В импульсных установках обычно желательно минимальное напряжение генератора, так как это упрощает его конструкцию. Для этого, как видно из формулы (8.7), необходима минимальная площадь сечения МС. Главным фактором, позволяющим уменьшить ее, является коэффициент А [см. формулу (8.8)]. Из выражений (8.8) и (8.10) видно, что при заданных параметрах трансформированного импульса уменьшить площадь сечения и первичное напряжение можно фактически только, снижая коэффициент ks и повышая приращение индукции в МС. Вследствие этого, хотя прямоугольное сечение позволяет несколько уменьшить объем МС, целесообразны МС с квадратным сечением, работающие в режиме с максимальным приращением индукции. Из формулы (8.9) видно, что при оптимальном первичном напряжении допустимы две различные длины намотки, соответствующие индуктивной . и емкостной реакции трансформаторной цепи. При наиболее вероятном для мощных импульсных систем значении а = = 0,5 и оптимальном значении 6 = 60 = 1 эти длины различаются в 5,84 раза. Следовательно, во столько же раз объем МС с оптимальной площадью сечения при емкостной реакции больше объема при индуктивной, т. е. в РИТ, так же как и в обычных ИТ, желательна индуктивная реакция. В зависимости от соотношения параметров, входящих в формулы (8.8)... (8.10), длина МС может изменяться в широких пределах. Отметим следующие случаи: 1. Длина МС при индуктивной реакции недостаточна для размег 185 (8.8) (8.9) 0 ... 27 28 29 30 31 32 33 ... 35
|
||||||||||||||||
