Раздел: Документация
0 ... 29 30 31 32 33 34 35 реакцию и производится по формулам (8.7), (8.11) . .. (8.13). В соответствии с этими формулами получим: А = 1,83; хх = 1,27; 5 = = 7,73 • 1СГ2 м2; ГУ] = 1040 В; / = 4,83 м; V= 0,34 м3; М = 2,34 т; А = 1,12 м; D2 = 1,68 м. Рассмотрение результатов расчета показывает, что ОИТ с полученными размерами технически вполне реализуем, а его объем и масса МС в 1,6 раза меньше, чем у ИТ с шихтованной МС, т. е. преимущества ОИТ очевидны. Особо следует отметить, что первичное напряжение всего лишь 1,04 кВ. Это позволяет составить первичный генератор импульсов из 20 автономных генераторов-модулей на тиристорах типа Т273-1250 или аналогичных им [50]. Техническая возможность реализации и синхронной работы генераторов такого типа проверена экспериментально. Увеличение числа модулей на 10 ... 15% позволит существенно повысить надежность генератора за счет резервирования. Возможность реализации ИТ с высоким коэффициентом трансформации доказана теоретически [7]. Экспериментально подтверждена возможность реализации ОИТ с коэффициентом трансформации до 1000. В целом полученные результаты можно считать хорошими и перейти к выбору конкретного конструктивного исполнения ОИТ. В данном случае, когда необходимо обеспечить стыковку ОИТ с многими генераторами-модулями, особенно целесообразна конструкция ОИТ, ориентированная на питание ОИТ от таких модулей (см. рис. 8.3). В этой конструкции индуктивность вывода первичной обмотки отсутствует. При соответствующей компоновке модулей вокруг ОИТ можно практически полностью исключить из трансформаторной цепи также и индуктивность монтажа первичной цепи. По этим причинам можно не учитывать индуктивность монтажа и не уточнять результаты расчета. Расчет показывает, что длина внутреннего контура МС равна 3,5 м. Если установить МС на трех опорах, которые займут 10% длины внутреннего контура, то длина каждого сектора составит 1,05 м, что достаточно для обеспечения требуемой продольной электрической прочности и размещения в каждом секторе одной секции обмотки с вводом посредине. Более детальные расчеты показывают, что благодаря значительному снижению расхода проводниковых материалов, уменьшению потерь в МС и совмещению функций витка первичной обмотки и бака спроектированный ОИТ имеет высокие как технико-экономические, так и функциональные показатели. 8.5. ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ Как видно из рассмотренного выше, ОИТ имеет существенные конструктивные, технико-экономические и функциональные преимущества по сравнению с ИТ традиционных конструкций. Поэтому представляется важной более широкая и общая оценка достижимых в ОИТ технико-зкономических и функциональных показателей. Для этого примем, что в ОИТ реализуется приращение индукции 3 Тл и напряженность электрического поля в изоляции 10 МВ/м, в МС применена лента из стали марки 3425 толщиной 0,05 мм, коэффициент заполнения сечения МС равен 0,9, коэффициент использования длины МС также равен 0,9, что легко достижимо в ОИТ, отношение D2 \D\ — = 1,5, ОИТ работает в составе линейного согласованного генератора импульсов, реакция трансформаторной цепи — индуктивная. Для установления потенциальных возможностей собственно ОИТ при оценке пренебрегаем индуктивностью и емкостью монтажа. В качестве первого примера рассчитаны параметры ОИТ, предназначенного для получения напряжения 400 кВ при энергии импульса 1 МДж, длительности 10 мкс и допустимом удлинении фронта импульса 2 мкс. Результаты расчета, выполненного для оговоренных условий при различных значениях отношения b/а , приведены ниже: Ь/а.............................. 12 410 D2,m............................2,081,611,250,97 и,м3/МДж.........................0,650,610,590,65 UukB...........................32,438,849,070,0 Для всех вариантов потери энергии в МС не превышают 0,04% энергии импульса, а снижение напряжения на вершине — 0,08%. Учет потерь энергии в обмотках показывает, что ОИТ выполним с КПД до 99,9%. Из результатов расчета видно, что замена квадратного сечения прямоугольным позволяет незначительно уменьшить объем МС и существенно — ее диаметр, который в ряде случаев является критическим конструктивным параметром. Однако при этом увеличивается первичное напряжение, т. е. снижается главный функциональный показатель ОИТ — его способность повышать напряжение. Поэтому прямоугольное сечение целесообразно только для уменьшения диаметра МС, если в этом возникает необходимость. Результаты расчета параметров ОИТ на напряжение импульса 1 MB при энергии 1 МДж: Ь/а.............................. 1 2 4 10 D2,m............................ 2,75 2,12 1,67 1,27 1>,м3/МДж.........................1,51 1,41 1 1,37 1,43 1,кВ............................ 56,7 68,1 84,1 115,8 Из сравнения этих данных с предыдущими видно, что при увеличении напряжения примерно пропорционально возрастает объем МС, значительно увеличивается также диаметр МС и первичное напряжение. Расчеты показывают, что КПД снижается до 99,75%, а снижение напряжения на вершине импульса увеличивается до 0,2%. Замена квадратного сечения прямоугольным также позволяет уменьшить диаметр МС, что в данном случае важно, так как при квадратном сечении диаметр МС неприемлемо велик. Интересно проследить, как изменяется первичное напряжение и конструктивные параметры ОИТ в зависимости от энергии импульса. Соответствующие данные для напряжения 400 кВ и квадратного сечения МС приведены ниже: W, МДж..........................0,11,0 10 D2,m...........................1,252,083,1 и,м3/МДж........................1,400,650,37 {/ькВ...........................11,632,4103,0 КПД, %..........................99,399,699,9 Результаты расчета показывают, что с увеличением энергии импульса главные технико-экономические показатели ОИТ повышаются (значение КПД при энергии 10 МДж дано ориентировочно), но существенно увеличивается первичное напряжение. В целом же можно констатировать, что ОИТ имеют высокие показатели и их применение весьма перспективно в импульсных системах большой мощности. Ограничено применение ОИТ необходимостью выбора оптимального напряжения, что не всегда технически целесообразно. ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ БЕЗ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ 9.1. КОНСТРУКЦИИ В импульсных установках с невысокими требованиями к степени прямоугольности трансформированных импульсов могут применяться простые и надежные ИТ без МС, так называемые воздушные ИТ (ВИТ). Термин "воздушный импульсный трансформатор" может считаться не вполне удачным, однако он установился в отечественной и зарубежной литературе, поэтому принимается и здесь. Теоретическая возможность применения ВИТ для трансформации электрических импульсов обоснована в работе [51], где приведена также и методика приближенного расчета ВИТ как системы с сосредоточенными параметрами. Первые ВИТ рассчитывались по этой методике. Примеры расчета и применения ВИТ приведены в работах [51, 52], различные варианты конструктивного исполнения ВИТ — в [51—55]. Уточнению теории ВИТ посвящеи ряд следующих работ [8—10]. В настоящей главе обобщаются результаты проведенных в области ВИТ исследований.
Рис. 9.1. Воздушный ИТ с чередующимися цилиндрическими обмотками  I------1-- О0 -----,-1--ОД Ряс. 9.2. Соединение чередующихся цилиндрических обмоток Конструктивно ВИТ представляет собой катушку на цилиндрическом каркасе с чередующимися, секционированными или однослойными обмотками цилиндрического, конического или спирального типа. Обобщенная конструкция ВИТ с чередующимися цилиндрическими обмотками изображена на рис. 9.1, где все обозначения соответствуют принятым ранее. Схема чередования обмоток приведена на рис. 9.2. Трансформатор с чередующимися коническими обмотками выполняется аналогичным образом (одна из возможных конструкций приведена в работе [53]), а со спиральными — так же, как и катушки ИТ. со спиральными обмотками. » Ввиду того что ВИТ не имеет МС, его размеры значительно больше, чем у обычного ИТ с МС. Чередование обмоток позволяет уменьшить индуктивность рассеяния ВИТ и, как следствие, его размеры. Однако при этом почти во столько же раз увеличивается емкость обмоток ВИТ, в значительной мере определяющая искажения формы трансформированных импульсов. Не менее важно также и то, что чередование исключает возможность применения обмоток с Вводом посредине. По этим причи-   Рис. 9.3. Конструкция (в) и схема соединения обмоток (б) воздушного ИТ с конической обмоткой нам чередование обмоток целесообразно только в низковольтных ВИТ, когда влияние емкости обмоток слабее и не возникает особых трудностей в обеспечении электрической прочности конструкции. В большинстве же применяются однослойные обмотки. При этом целесообразны конические обмотки; поскольку они имеют малую индуктивность рассеяния. Взаимное расположение первичной и вторичной обмоток не влияет на емкость и индуктивность рассеяния, так как в ВИТ отсут-196 ствует МС и связанные с ее наличием емкости. Поэтому последовательность наложения обмоток в ВИТ определяется исключительно конструктивными соображениями. Один из лучщих конструктивных вариантов ВИТ с однослойной конической обмоткой приведен на рис. 9.3 [55]. Первичная обмотка 5 намотана на цилиндрическом каркасе 4, коническая вторичная обмотка 2 — на каркасе /. Каждая из обмоток состоит из двух одинаковых симметрично расположенных секций с выводами 3 и 6. Каркасы обмоток изготовляются из механически прочного диэлектрика, например стеклозпоксида. Полость между каркасами герметизируется уплотнениями и заполняется трансформаторным маслом или элегазом. Так как поверхностями охлаждения ВИТ являются наружная и внутренняя, непосредственно соприкасающиеся с воздухом, то условия охлаждения не определяются маслом или газом. Поэтому полость между обмотками весьма целесообразно заполнять элегазом, что позволит примерно в два раза уменьшить емкость обмоток ВИТ, являющуюся критическим параметром. При низких напряжениях, когда размер изоляционного промежутка мал в сравнении с толщиной стенок каркаса 4, целесообразно, по чисто конструктивным соображениям, изоляцию между обмотками выполнять из слоистых диэлектриков - кабельной или трансформаторной бумаги, изоляционных пленок или комбинации этих материалов. Данный ВИТ просто преобразуется в одновитковый. Для этого первичная обмотка выполняется в виде одного витка из шины шириной h, охватывающей вторичную коническую (возможна и цилиндрическая) обмотку. Продолжением витка является двухпроводная линия, как это показано на рис. 8.6. В общем случае - для чередующихся обмоток электромагнитные параметры ВИТ можно рассчитывать по формулам Ls =n0nkw2AFLl(m- 1);(9.1) Cr = e0enD2n2Fc(m- 1)/(ЛД);(9.2) Ii = \Q-6w\Dkl(l +0,44*),(9.3) ■ где D — средний диаметр катушки; т - число чередований; к = Djh. Качественно характерные свойства ВИТ можно оценить на основе общей теории ИТ с МС. Составляя выражения для постоянной времени, волнового сопротивления н коэффициента рассеяния обмоток ВИТ, получим r=\AsCT = mDwi л/ Hot0eFLFc ;(9.4) (9.5) т Dn (m - 1)eoe Fc . 0 ... 29 30 31 32 33 34 35
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
