15. Параметры импульсного трансформатора и проверка искажения трансформируемого импульса

Активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора (пункт 3.2.9)

r₁= ... Ом;[Ом],

где W₁иW₂берутся из пункта 3.2.5.

Эквивалентное активное сопротивление контуров вихревых токов в стали сердечника трансформатора, приведенное к числу витков первичной обмотки

[Ом],

где δ_си ρ_сберутся из пункта 3.2.3,

S_c– из пункта 3.2.4,

W₁– из пункта 3.2.5,

l– из пункта 3.2.7.

Активные сопротивления упрощенной схемы замещения трансформатора (см. Рис. 3 .17)

;

[Ом].

Индуктивность рассеяния первичной и вторичной обормоток трансформатора, приведенная к числу витков первичной обмотки по известной формуле (пункт 3.2.7)

[Гн].

Распределенная емкость между обмотками при однослойном или двухслойном исполнении их (п. 3.2.7)

[Ф].

где W₁берется из п. 3.2.5,

δ₁, δ₂, δ₁₂, ε иl_c– из п. 3.2.7,

l_w– из п. 3.2.8.

Волновое сопротивление обмоток импульсного трансформатора по уравнению (3.1)

[Ом],

где принято .

Электродвижущая сила источника прямоугольных импульсов напряжения с внутренним омическим сопротивлением R_нпри активном сопротивлении первичной обмотки трансформатораr₁по уравнению (3.1) будет:

[В],

.

Характер переходных процессов в трансформаторе определяется по уравнениям (3.2) – (3.4) в зависимости от величины параметра ρ.

16. Проверка трансформатора на нагревание

Так как потери в меди обмоток маломощных импульсных трансформаторов относительно малы по сравнению с потерями в стали сердечника, то тепловой режим обмоток практически не представляет опасности и расчетную проверку их температуры можно не производить. Основные потери энергии в рассматриваемых трансформаторах сосредоточены в их сердечнике, что приводит к заметному нагреванию последнего. Установившееся превышение температуры сердечника трансформатора над температурой окружающей среды можно определить по известной формуле

[ºС],

где – потери в стали сердечник трансформатора из пункта 3.2.12, Вт;

–коэффициент теплоотдачи открытой торцевой поверхности сердечника, Вт/см²град.

–площадь открытой торцевой поверхности сердечника (см²), которая может быть определена следующим образом:

а) при размещении обмоток на одном стержне и сборке сердечника впереплет

[см²],

б) при размещении обмоток на двух стержнях (см. Рис. 3 .23):

[см²],

где a_cиb_c– берутся из пункта 3.2.4,

Ниl_я– из позиции 3.2.7.

В маломощных трансформаторах допустимое превышение сердечника над окружающей средой при воздушном охлаждении может составлять при температуре этой среды 35ºС.

Пример расчета импульсного трансформатора Задание

Мощность в импульсе P₂= 10 кВт;

Напряжение в импульсе U₁= 500 В,U₂= 2 000 В

Сопротивление нагрузки R_н= 400 Ом;

Сопротивление источника R_и= 30 Ом;

Длительность импульса τ_и= 1 мкс;

Частота следования импульсов ƒ_п= 10 00 Гц.

Коэффициент искажения импульса λ = 0,06.

Выбор типа и основных соотношений трансформатора

1. Средняя мощность и токи трансформатора:

Вт,

А;А,

А,

А,

где принято:

.

2. Тип трансформатора

Выбираем сердечник трансформатора стержневого типа с однослойной первичной и двухслойной вторичной обмотками цилиндрического типа, расположенными на одном стержне.

Материал сердечника – листовая электротехническая сталь марки Э44, толщина которой определяется ниже.

Охлаждение трансформатора – воздушное.

3. Выбор приращения индукции и толщины материала сердечника

По кривой на Рис. 3 .21 принимаем:

ΔВ_с= 2 000 Гс; ΔН= 2,5 э;.

Далее примем:

мкс.

тогда толщина листов сердечника будет

см;

примем

см;

4. Размеры сердечника трансформатора:

см²;

см,

где принято:

;

см;

см.

5. Число витков первичной и вторичной обмоток:

;

;

в/виток.

6. Сечение и диаметр обмоток:

мм²;

мм²;

Окончательные значения сечений и диаметров проводов обмоток из приложения Iпринимаем:

q₁= 0,407 мм²;мм; марка провода ПБД;

q₂= 0,113 мм²;мм; марка провода ПЭЛШО.

7. Укладка обмоток на сердечнике.

При размещении обмоток на одном стержне

см,

см,

где из Табл. 13 принято:

ε₁= 0,22 см; δ₁=d_1и≈ 0,09 см.

Число витков в слое вторичной обмотки при двухслойном исполнении m₂ = 2:

.

Диаметр изолированного провода вторичной обмотки

мм.

Из Приложения 1 находим диаметр и сечение голого провода:

d₂= 0,38 мм, марка провода ПЭЛШО;

q₂= 0,113 мм²,см

Толщина изоляции между обмотками

см,

где l_s≈l₁=1,35

Ом,

и принято ε = 3,5.

В качестве изоляции между обмотками примем лакоткань толщиной 0,12 мм.

Ширина окна сердечника трансформатора при размещении обмоток на одном стержне

см,

где принято

см;см.

Отношение

см

находится в допустимых пределах.

Длина ярма

см.

Общая длина магнитопровода сердечника окончательно равна

см.

Окончательное отношение

.

8. Среднее длины витков обмоток:

см;

см;

9. Вес меди и активные сопротивления обмоток при 75ºС:

кг;

кг;

кг;

Ом;

Ом;

10. Потери в меди обмоток при 75ºС:

Вт;

Вт;

Вт;

11. Вес стали сердечника:

кг;

12. Потери в стали сердечника:

Вт;

Вт;

где Гн.

13. Коэффициент полезного действия трансформатора:

Вт;

14. Намагничивающий ток трансформатора:

А,

или

;

было принято λ = 0,06.

15. Параметры трансформатора и проверка искаженности импульса напряжения

Активные сопротивления обмоток

r₁= 0,06 Ом;Ом;

эквивалентное сопротивление контуров вихревых токов в стали сердечника

Ом,

Ом;

Ом;

Ом;

индуктивность рассеяния обмоток

Гн,

распределенная емкость между обмотками

Ф,

где принято ε = 3,5;

волновое сопротивление обмоток трансформатора

Ом;

электродвижущая сила источника прямоугольных импульсов напряжения

В,

В;

.

Параметр, определяющий характер переходных процессов в обмотках трансформатора

.

Так как ρ > 1, то в проектируемом трансформаторе переходные процессы при трансформации импульса носят апериодический характер.

Паразитная постоянная времени трансформатора

с,

или 0,012 мкс

;

;

;

;

Уравнение импульса вторичного напряжения в относительных единицах

.

Так как паразитная постоянная времени трансформатора Т₁ = 0,012 мкс, то фронт импульса

мкс,

или 3,6% от длительности импульса τ_и = 1 мкс; следовательно, искажение трансформируемого импульса напряжения незначительно, поскольку через.

16. Проверка трансформатора на нагревание

Открытая поверхность охлаждения сердечника трансформатора

см²;

превышение температуры сердечника над окружающей средой:

,

что вполне допустимо.