Раздел: Документация
0 1 2 3 4 5 6 ... 35 и теплостойкости будут отнесены к функциональным. Считается, что выполнение других эксплуатационных требований обеспечивается при разработке конструкторской документации. В основе проектирования ИТ — заданные параметры импульса на нагрузке, электромагнитные параметры генератора, соединительных цепей и нагрузки. Эти исходные данные удобно разделить на две части, характеризующие первичную и вторичную цепь ИТ, и представить в следующем виде: Параметры первичной цепи Напряжение генератора импульсоВ8 В.............е Внутреннее сопротивление генератора, Ом..........Rr Длительность импульса, с.....................tK Длительность фронта импульса, с................?ф1 Спад напряжения на вершине импульса, В...........Д#1 Длительность среза импульса, с.................f cl Частота повторения импульсов, Гц...............F Индуктивность монтажа, Гн...................£mi Емкость монтажа, Ф........................Cmi Емкость генератора импульсов, Ф ...............Сг Параметры вторичной цепи Напряжение на нагрузке, В....................U2 Сопротивление нагрузки, Ом ..................Я2 Длительность фронта импульса, с................?ф2 Выброс напряжения на фронте, В................Ь и2 Спад напряжения на вершине импульса, В...........AU2 Длительность среза импульса, с.................t с2 Индуктивность монтажа, Гн...................L м2 Емкость монтажа, Ф........................СМ2 Емкость нагрузки, Ф........................Сн Вольт-амперная характеристика нагрузки...........и =и (Q В исходные данные обязательно включаются также сведения об условиях эксплуатации, определяющих надежность ИТ: время непрерывной работы, температура окружающей среды, вероятность аварийных состояний в генераторе и нагрузке и 1. д. Кроме перечисленных обычно приводятся и другие данные или оговариваются дополнительные требования. Все они в той или иной мере учитываются при проектировании ИТ. Но главными все же являются параметры первичной и вторичной цепи и условия эксплуатации, так как именно они определяют выбор конструкции, размеры, тип изоляции и другие особенности ИТ. Поэтому в основу проектирования кладутся, эти исходные данные, тем более что при реальном проектировании никогда не удается выполнить все требования и неизбежны компромиссы. 18 ГЛАВА ВТОРАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МАГНИТНОЙ СИСТЕМЕ 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ С МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Если токи имеют вид импульсов, то трансформатор называют импульсным. Рис. 2.1. Трансформатор с магнитной системой  Схематически трансформатор показан на рис. 2.1. В технике обычно применяют трансформаторы, обмотки которых расположены на общей МС из трансформаторной стали. Цель, которую преследуют, применяя МС, состоит в уменьшении магнитного сопротивления пути, по которому замыкается основной магнитный поток трансформатора Ф0, сцепляющийся с обеими его обмотками. Уменьшение этого сопротивления достигается вследствие высокой магнитной проницаемости трансформаторной стали и, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить МДС, необходимую для установления заданного потока. Вместе с тем уменьшение магнитного сопротивления для основного потока трансформатора позволяет увеличить электромагнитную связь между обмотками и создать благоприятные условия для передачи энергии из первичной обмотки во вторичную. Для уменьшения потерь на вихревые токи МС трансформатора изготовляют из специальной трансформаторной стали и с повышением частоты уменьшают толщину листов. Сами листы каким-либо способом изолируют друг от друга. Изучение трансформаторов с МС, обладающей переменной магнитной проницаемостью, затрудняется из-за невозможности пользоваться принципом наложения и рассматривать потоки, сцепляющиеся с первичной и вторичной обмотками трансформатора, в виде сумм потоков самоиндукции и взаимной индукции. Поэтому при анализе работы трансформаторов с МС исходят непосредственно из результирующей картины магнитного поля. Пренебрегая деталями, эту картину можно представить в виде, показанном на рис. 2.1, где все магнитные линии, сцепляющиеся с ббмотками трансформатора, можно разделить на три магнитных потока основной, или рабочий, поток трансформатора Ф0, представляющий собой совокупность магнитных линий, замыкающихся по МС и сцепляющихся со всеми витками первичной и вторичной обмотки; поток рассеяния Фл первичной обмотки, представляющий собой совокупность магнитных линий, сцепляющихся только с первичной обмоткой й замыкающихся целиком или главным образом по воздуху; поток рассеяния Ф5 2 вторичной обмотки, определяемый аналогично потоку рассеяния первичной обмотки. Магнитодвижущая сила, определяющая основной поток трансформатора, равна сумме МДС первичной и вторичной обмотки, т. е. F = f1wi + i2w2, где ij и г2 — токи в обмотках. При i\\vx + i2w2 = 0 основной поток трансформатора равен нулю и остаются только потоки рассеяния. Так как линии потоков рассеяния замыкаются целиком или главным образом по воздуху, магнитная проницаемость которого постоянна, можно считать, что потокосцепле-ния ч/j х иФ!: пропорциональны соответствующим токам, т. е. 1 ~ sih, 2 = Ls 2 i2 , где Ls — постоянная индуктивность, учитывающая потокосцепление рассеяния и называемая поэтому индуктивностью рассеяния. Тогда для потокосцепления первичной и вторичной обмотки получим ч>! = 4>sl +WlO0 =Lglil + мФо; *2 = %2 +W2®n= Ls2i2 +w2O0. Обозначив напряжение на первичной и вторичной обмотке трансформатора и 1 и и 2, а сопротивление его обмоток - г t и г2, получим следующие уравнения для первичной и вторичной цепи: "i =rtit+ dVJdt; -d%/dt = r2i2 + u2 или, подставляя значения и ч>2, di i</Ф0 <*Ф0di2 -w2 = r2/2 + Ls2 — + и2. Из первого уравнения следует, что напряжение, приложенное к первичной обмотке, уравновешивается падением напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки и ЭДС, индуцируемыми основным потоком и потоком рассеяния трансформатора. Из второго уравнения следует, что ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке основным потоком, уравновешивается падением напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки, падением напряжения на сопротивлении нагрузки и ЭДС, индуцируемой потоком рассеяния вторичной обмотки. Когда отношение числа витков обмоток п = w2/w1, называемое коэффициентом трансформации, отличается от единицы, неудобно сравнивать величины, которыми характеризуются процессы, протекающие в первичной и вторичной цепи трансформатора, так как ЭДС первичной и вторичной обмотки <*Ф0 ех = -w, w ; <*Ф0 не равны друг другу. Для удобства сравнения число витков в обмотках трансформатора приводят к общему числу витков. Операция приведения состоит в замене одной из обмоток трансформатора (безразлично — первичной или вторичной) эквивалентной обмоткой с числом витков, равным числу витков другой обмотки. Рассмотрим. приведение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Все параметры приведенной обмотки и цепи, соединенной с нею, а также все величины, характеризующие процессы в Приведенной обмотке, будем отл* чать штрихом, и называть приведенными величинами. Естественно, что операция приведения должна быть выполнена так, чтобы режим работы первичной цепи не изменился. Для этого необходимо и достаточно, чтобы МДС вторичной обмотки после приведения не изменилась, т. е. должно быть соблюдено условие Iw2 2w1 = i2w2 или i2 = — i2 = ni2, так как при этом останется неизменным основной поток трансформатора Ф0, посредством которого осуществляется связь и взаимодействие цепей трансформатора. Индуцируемая потоком Ф0 в приведенной вторичной обмотке ЭДС d<I>0 Wi ( <*Ф(Де, Ч ——- = — I -W2 —г- 1 =-- dt w2 \ 2 dt Jп и, следовательно, после приведения индуцируемые основным потоком в первичной и вторичной обмотке ЭДС будут равны между собой: е i = е2. Важно отметить, что мощность во вторичной цепи в результате приведения не изменилась: е2 Рг = «2 2 — — ni2 = р2. Для выяснения изменений, претерпеваемых параметрами вторичной обмотки при ее приведении, введем в уравнение для ЭДС вторичной обмотки трансформа-- тора приведенные значения i2 ие2. Тогда получим £«2 #5 г2хг + г2 , 2 2 + ill = dt откуда следует, что в результате приведения к числу витков первичной обмотки активное сопротивление вторичной и индуктивность, учитывающая ее поток рассеяния, уменьшаются в л2 раз. Аналогичным образом можно показать, что в результате приведения все сопротивления и индуктивности, подключенные к внешней части вторичной цепи, уменьшаются в и2 раз, а все проводимости и емкости увеличиваются в п раз. Магнитодвижущую силу, определяющую основной поток Ф<>, после приведения можно записать в виде iiWi +i2w2 = iiwl + i2wl = (il +i2)wi = /owi> где/о = г l +»2 - намагничивающий ток трансформатора. Если к первичной обмотке приложено постоянное напряжение, то основной поток трансформатора с МС при изменении нагрузки от значения холостого хода до номинального изменяется очень мало. Поэтому и МДС, определяющая основной поток, остается почти неизменной. При i\ — О, т. е. при холостом ходе трансформатора, намагничивающий ток равен току в первичной обмотке. На этом основании намагничивающий ток иногда называют током холостого хода и считают его неизменным при всех режимах нагрузки, для которых с достаточной точностью можно считать неизменным максимальное значение основного потока Ф<>. Это соображение относится к трансформаторам, в которых потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком, а следовательно, полностью применимо к ИТ. 52 гг h  Рис. 2.2. Схема замещения трансформатора с индуктивной связью между обмотками Из уравнений трансформатора и условия неизменности основного потока Ф<> трансформатора следует, что реальный трансформатор можно представить схемой замещения (рис. 2.2), состоящей из идеального трансформатора, в котором потери мощности и потоки рассеяния равны нулю, двух линейных катушек индуктивности с сопротивлением и индуктивностью Lsitf2, Ls2 йодной нелинейной катушки с индуктивностью Lq = иФо/о- В этой схеме сопротивлениями учитываются потери в обмотках, а индуктивностями - потоки рассеяния и потокосцепления между первичной и вторичной обмотками. Далее, производя операцию приведения, можно перейти к схеме замещения на рис. 2.3, элементы которой уже не имеют индуктивной связи между собой. На этой схеме основано изучение процессов в электрических цепях с трансформаторами. i г -г Рис. 2.3. Схема замещения трансформатора без индуктивной связи между обмотками  Общую картину электромагнитных процессов в МС импульсного трансформатора определяют те же законы и явления, что и в МС любого другого трансформатора, а именно: закон электромагнитной индукции, устанавливающий связь между напряжениями, приложенными к обмоткам трансформатора, и изменениями суммарного магнитного потока; закон полного тока, устанавливающий связь между напряженностью магнитного поля в МС и намагничивающим током трансформатора; явление гистерезиса, определяющее связь между изменениями индукции и напряженностью магнитного поля в МС; явление вихревых токов, индуцируемых в листах МС изменяющимся во времени магнитным потоком; явление насыщения стали МС. Особенности ИТ определяются малой длительностью и относительно большой скважностью трансформированных импульсов. Малая длительность импульсов приводит к большой скорости протекания электромагнитных процессов в ИТ. Так например, если ИТ предназначен для работы с характерной длительностью импульса 1 мкс, то скорость протекания электромагнитных процессов в таком ИТ примерно на пять порядков выше, чем в силовом трансформаторе, работающем на промышленной частоте 50 Гц. Вследствие этого работа МС и обмоток ИТ характеризуется значительными вихревыми токами, поверхностным эффектом, эффектом близости, снижением эффективной магнитной проницаемости МС, дополнительными потерями энергии. Большая скважность импульсов приводит к асимметрии в протекании процессов намагничивания и размагничивания МС и, если не приняты специальные меры, к неполному использованию магнитных свойств МС. Необходимостью трансформации весьма коротких импульсов с малыми искажениями фронта и вершины определяются и конструктивные 0 1 2 3 4 5 6 ... 35
|
