Раздел: Документация
0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 35 высоким удельным электрическим сопротивлением. То, что у этих пермаллоев малая индукция насыщения, не имеет особого значения, так как в рассматриваемом случае иэ-за больших потерь приращение индукции приходится все равно уменьшать. При малой длительности трансформированных импульсов большой интерес представляет МС из ферритов. Вследствие чрезвычайно высокого удельного электрического сопротивления ферритов потери на вихревые токи в них практически отсутствуют. Например, удельное сопротивление никель-цинкового феррита 60НН — 108 Ом • м, что примерно на 14 порядков выше, чем у электротехнических сталей и пермаллоев. Этот феррит имеет индукцию насыщения 0,35 Тл при напряженности магнитного поля 800 А/м и относительную магнитную проницаемость 350 при таком же приращении индукции. Несмотря на небольшую индукцию насыщения, применение никель-цинковых ферритов весьма перспективно в ИТ наносекундного диапазона длительностей импульсов. Главные недостатки ферритов кроме отмеченной низкой индукции насыщения - технологические трудности изготовления из них МС большого размера, хрупкость и зависимость параметров от температуры. Тем не менее в наносекундном диапазоне на ферритовых МС можно изготовлять ИТ мощностью до 1 ГВт. Из трансформаторных сталей в ИТ наибольшее распространение получила сталь 3425. Эта сталь имеет большую индукцию насыщения, в отожженном состоянии характеризуется малой коэрцитивной силой, высокой степенью прямоугольности петли гистерезисного цикла и выпускается в относительно тонких лентах. Эти качества в сочетании с Невысокой стоимостью обусловили ее широкое применение в ИТ. Данные табл. 2.1 показывают, что характеристики пермаллоев очень близки к соответствующим характеристикам стали 3425. Главное различие между ними состоит в том, что пермаллои выпускаются в более тонких лентах. Этим достигается значительное, до 100-кратного, уменьшение потерь на вихревые токи по сравнению с потерями в стали 3425 — даже при толщине ленты 0,05 мм. Исключительно этой причиной обусловлено и оправдано применение пермаллоев в МС ИТ. На рис, 2,12 и 2.13 приведены основные кривые намагничивания и зависимости средней относительной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля для трансформаторных сталей 3421 (Э340), 3424 (Э360А) и 3425 (Э360АА). Как видно из рисунков, сталь 3425 имеет максимальные индукцию насыщения и магнитную проницаемость, что обусловило ее преимущественное применение в ИТ. Однако вследствие обычно значительного эффекта вихревых токов, особенно при малой длительности импульсов, кажущаяся магнитная проницаемость оказывается примерно на порядок меньше средней. Поэтому реальное преимущество стали 3425 по сравнению с другими электротехническими сталями состоит только в большей индукции 42 насыщения. В связи с этим, если по каким-либо причинам, например вследствие напряженного теплового режима МС, приращение индукции приходится ограничивать, то вполне целесообразно применение и других сталей. Тл 1,6 %2\ 0,8 0А
0 200 400 600 800 А/м Рис. 2.12. Основные кривые намагничивания трансформаторной стали различных марок *10s 20\ 15 Ю 5
0 200 400 600 800 А/м й*с. 2ДЗ. Средняя относительная магнитная проницаемость трансформаторной стали различных марок Кроме приведенных в табл. 2.1 промышленностью выпускаются и другие электротехнические стали и пермаллои. Все эти магнитные материалы пригодны для использования в ИТ. Определяющими возможность их применения факторами являются допустимое приращение индукции, удельное электрическое сопротивление и толщина листов. Если эти характеристики магнитного материала соответствуют установленным выше критериям, то в электромагнитном отношении совершенно безразлично, какой из этих материалов будет применен в МС ИТ. Существенными являются только конструктивные и технологические факторы, определяющие ту или иную степень производственной сложности изготовления МС из тонких листов. 2.6. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В справочной и нормативной литературе приводятся усредненные значения параметров магнитных материалов, полученные измерениями на постоянном или синусоидальном переменном токе. Действительные параметры могут существенно отличаться от справочных вследствие особенностей импульсных режимов работы и технологии изготовления МС на разных предприятиях. Поэтому в ряде случаев возникает необходимость в определении параметров магнитных материалов именно в импульсных режимах, а также параметров конкретных образцов в статическом режиме. Соответствующие методы измерений описаны в ряде источников, например в работах [2, 4, 6, 7]. Для полноты изложения ниже приводится доступная практически любому предприятию методика измерений с применением только универсальной измерительной аппаратуры. Экспериментальное определение индукции насыщения, остаточной индукции и коэрцитивной силы может производиться в статическом режиме. Так как прокат из магнитных материалов дли ИТ имеет обычно небольшую, в пределах 0,01 ... 0,15 мм, толщину, то на промышленной частоте / = 50 Гц потери в них на вихревые токи пренебрежимо малы. Это позволяет измерять перечисленные параметры посредством осциллографирования петли гистерезиса на промышленной частоте. Собирается схема (рис. 2.14), в которую входит регулятор напряжения Р, позволяющий плавно изменить напряжение; эталонный  Рис. 2.14. Установка для осциллографирования статической петли гистерезиса резистор Ri сопротивлением 0,1 ... 1,0 Ом; интегрирующая цепь из резистора R2 и конденсатора С2; амплитудный милливольтметр U и электронный осциллограф О. На испытуемый образец магнитного материала ИО, желательно тороидальной формы, наматываются две обмотки с числом витков w\ и w2. Максимальные значения "индукции и напряженности магнитного поля рассчитываютси по формулам R&UtmUmwt Вт~ W2Ska "т~ TtT где U2т - максимальное напряжение на конденсаторе С2; Uхт ~ максимальное напряжение на резисторе R \; прочие обозначения соответствуют принятым. Достаточная точность измерений величин Вт и Нт обеспечивается при выполнении условий R2 > 50тг/Х2, Л2 > 1/(50тг/С2), где L2 - индуктивность вторичной обмотки испытуемого образца. На экране осциллографа наблюдается петля гистерезиса, из которой при рассчитанных Вт и Нт могут быть определены пропорциональным пересчетом остаточная индукция и коэрцитивная сила, а также средняя и дифференциальная магнитная проницаемость в любой точке цикла. Для измерении кажущейся магнитной проницаемости в импульсном режиме рекомендуется специально разработанный дли этой цели метод. Так как кажущаяся магнитная проницаемость зависит от скорости изменения индукции, при измерениях должно учитываться это условие. Измерения производятся по схеме на рис. 2.15, где ГИ - генератор прямоугольных импульсовнапряжения. При подаче импульса на обмотку испытуемого образца напряжение на обмотке будет изменяться по экспоненциальному закону, как показано на рис. 2.16. Индуктивность испытуемого образца It = 1 Rt* где отношение Ui/Uo находитси посредством измерения на осциллографе.  Рис. 2.15. Установка для измерения кажущейся магнитной проницаемости R 0 и0  Рис. 2.16. Изменение наприжения на обмотке испытуемого образца Если известны конструктивные параметры образца, и сопротивление R, то магнитная проницаемость в импульсном режиме рассчитывается по формуле H0w2Saln(f/1/(/0) Однако магнитная проницаемость должна быть измерена при определенном приращении индукции за время действия импульса, т. е. при заданной скорости изменения индукции. Для этого необходимое число витков на образце должно равняться рассчитанному по формуле w. = -!L- J exp — at =-- ДВ5а о V \ Li)SaABln((/,/(/<,) С учетом числа витков «/Saln(t/i/t/0) / АВ мои\ Щ-и0 J В процессе измерений удобно иметь отношение Ui/U0 = 0,5 и устанавливать его регулировкой сопротивления. Поэтому резистор R должен быть переменным, а сопротивление его - измерятьси после установки {/j /Г/0 = 0,5. При этом 0,12SUotK, RlSaAB2 w =-5 ; „ = 2,2. 106 — \...... . *аДВtHul Описанный метод измерения магнитной проницаемости основан фактически на измерении индуктивности намагничивания испытуемого образца. Поэтому по найденному значению магнитной проницаемости образца индуктивность намагничивания ИТ рассчитывается с достаточной точностью. ГЛАВА ТРЕТЬЯ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ПО ЗАДАННЫМ ИСКАЖЕНИЯМ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА 3.1. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА В электромагнитном отношении ИТ представляет собой сложную систему с распределенными между элементами его конструкции магнитными и электрическими связями. Общее представление о характере этих распределенных связей можно получить на примере простейшего двухобмоточного ИТ (рис. 3.1). Магнитные связи между обмотками в целом, а также между их частями, которые разделены емкостными связями, учитываются коэффициентом взаимной индукции М. Электрические связи учитываются емкостями между МС и первичной обмоткой, между витками первичной обмотки, между первичной и вторичной обмотками, между витками вторичной обмотки и между вторичной обмоткой и МС. Распределенный характер носит также сопротивление обмоток, сопротивление потерь на вихревые токи, на гистерезис и в изоляции обмоток [7]. Исследование ИТ как электромагнитной системы с распределенными параметрами представляет собой одну из очередных задач непрерывно развивающейся общей теории ИТ. Начато оно только в последние годы и далеко от завершения. Получены лишь частные результаты численными [8] и весьма приближенными аналитическими [9, 10] методами для некоторых конструкций обмоток без ферромагнитного сердечника (воздушные ИТ). Обобщение результатов практически отсут- ствует. Однако даже для этих частных случаев не найдено главного -методов управления влиянием распределенных магнитных и емкостных связей на протекающие в ИТ процессы. Поэтому результаты соответствующих исследований не удается пока использовать для решения задач практического конструирования ИТ.  Рис. 3.1. Распределенные магнитные Рис. 3.2. Схема замещения и электрические связи в ИТраспределенных связей сосре- доточенными С другой стороны, весьма специфическое влияние распределенных связей на процессы в ИТ с МС не определяет главных характеристик процессов, что подтверждается многолетним опытом проектирования, испытаний и эксплуатации ИТ самых разных параметров и назначения. Вследствие этого, а также по причине недостаточной изученности ИТ как системы с распределенными параметрами распределенные магнитные и электрические связи в практических расчетах заменяют энергетически эквивалентными или сосредоточенными [2—5, 7, 11]. При этом второстепенными связями, например между отдельными витками обмоток, пренебрегают. В результате таких упрощенных представлений схема на рис. 3.1 замещается схемой, представленной на рис. 3.2, где Qt> C"i2t и С2т — энергетически эквивалентные распределенным, так называемые динамические, емкость первичной обмотки трансформатора относительно МС, емкость между обмотками, а также емкость вторичной обмотки относительно МС и других элементов конструкции ИТ; L i и Z, 2 — индуктивность первичной и вторичной обмотки. Отметим, что замена распределенных емкостных связей сосредоточенными является вынужденным приближением и оправданна лишь в той мере, в которой опытные данные подтверждают ее допустимость. После упрощений методами теоретической электротехники схема замещения ИТ приводится к виду, изображенному на рис. 3.3, где /•-. и г\ — сопротивление первичной и вторичной обмотки; Ls± к LSi — 0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 35
|
