Импульсный трансформатор

Из трансформаторных сталей в ИТ наибольшее распространение получила сталь 3425. 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 нас

ыщения.

При большой частоте повторения и малой длительности импульсов мощность потерь может оказаться очень большой, что приведет к трудностям с охлаждением МС. В таких случаях целесообразно применение в МС пермаллоев марок 38НС, 42НС, 50НХС, 80НХС с относительно высоким удельным электрическим сопротивлением.

Для сердечников малых импульсных трансформаторов в последнее время используют феррит. По своим магнитным свойствам ферриты относятся низкокоэрцитивным магнитным материалам, занимающим промежуточное положение между металлическими и магнитными материалами, и магнитодиэлектриками. Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению ферритов потери на вихревые токи в них в переменных полях при больших частотах получаются небольшими. Ферриты имеют мелкозернистую структуру, обладают значительной твердостью.

Все эти магнитные материалы пригодны для использования в ИТ. Определяющими возможность их применения факторами является допустимое приращение индукции, удельное электрическое сопротивление и толщина листов. Если эти характеристики магнитного материала соответствуют установленным 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 производительной сложности изготовления МС из тонких листов.

Особенностью конструкций малых импульсных трансформаторов является компактность их сердечника и индуктивности рассеяния и распределенной емкости. [2]

1.5 Тепловой режим импульсного трансформатора

Тепловые процессы в ИТ протекают точно также как и в силовом трансформаторе. Потери мощности в МС и обмотках преобразуется в теплоту и вызывает нагрев соответствующих частей ИТ. От мест выделения теплота под действием теплового градиента направляется к тем местам, где она может быть передана охлаждающей среде, воздуху или воде, в зависимости от способа охлаждения. Рассеивание теплоты происходит посредством лучеиспускания и конвекции.

Температура трансформатора должна быть в допустимых пределах. Так температура трансформаторного масла не должна превышать 95 градусов, температура обмоток – предельных допустимых температур для изоляционных материалов. Температура окружающего воздуха определяется условиями эксплуатации ИТ и может достигать 50 градусов. Площадь поверхности охлаждения каждого элемента конструкции, рассеивающего теплоту, должна быть достаточной для поддержания перепада температур в заданных пределах.

Главными источниками тепловыделения в ИТ являются МС и обмотки.

Теплота, выделяющаяся в МС, может передаваться как вдоль, так и поперек листов или лент. Вдоль листов благодаря высокой теплопроводимости трансформаторной стали теплота передается практически беспрепятственно. В поперечном направлении теплота передается в 5…15 раз хуже из-за относительно высокого теплового сопротивления межлистовой изоляции.

Из-за высокой частоты повторений импульсов и больших потерь на вихревые токи, ИТ обычно характеризуется большими тепловыми нагрузками поверхностей охлаждения МС.

В связи с тем, что обмотки в некоторой степени теплоизолируют МС, между ними и МС необходимо создавать охлаждающий масляный канал. По этой причине толщина изоляции между первичной обмоткой и МС оказывается, особенно в мощных ИТ, значительно большой, чем это необходимо для получения достаточной электрической прочности изоляции первичной обмотки. Это следует учитывать при конструктивном расчете ИТ. Увеличение толщины изоляции первичной обмотки имеет некоторое положительное значение, так как благодаря этому уменьшается емкость первичной обмотки. Для ИТ с небольшим коэффициентом трансформации, и особенно для понижающих напряжение ИТ, уменьшение емкости может быть важным фактором и должно учитываться при конструктивном расчете ИТ.

Вследствие значительного эффекта вихревых токов, особенно при импульсах малой длительности, основное количество теплоты выделяется в МС, и поэтому главные трудности вызывает теплоотвод именно в МС.

В целом можно констатировать, что охлаждение мощных ИТ представляет сложную техническую проблему, существенно сдерживающую применение ИТ в импульсных системах большой мощности. [2]

2. КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

Исходными данными для расчета импульсного трансформатора являются следующие величины:

- мощность в импульсе P2= 13000 (Вт);

- напряжение в импульсе U1 = 600, U2 = 1800 (В);

- сопротивление источника Ru = 30 (Ом);

- длительность импульса τu= 1.8·10-6 (c);

- частота следования импульсов fn=650 (Гц);

- коэффициент искажения плоской части импульса λ=0.04.

2.1 Определение средней мощности и токов трансформатора

Среднюю отдаваемую мощность импульсного трансформатора можно определить следующим образом:

Pср = fn τu P2 = 650·1.8·10-6·13000= 15.21(Вт) (2.1)

Определяем токи первичной и вторичной обмоток в импульсе:

13000/600=22 (А) (2.2)

13000/1800 = 7.22 (А) (2.3)

Эффективные, или действующие, значения токов первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора определяются из условия, что потери в этих обмотках при прохождении через них коротких прямоугольных импульсов тока обуславливается не только омическими сопротивлениями обмоток, но также влиянием поверхностного эффекта в проводах и влиянием токов наводки в них. С учетом этих явлений действующие значения первичного и вторичного импульсного трансформатора можно представить как:

= 22∙1,43 (А), (2.4)

7,22= 0.43 (А), (2.5)

где kн =2.4…2.8 – коэффициент, учитывающий ток наводки в проводах обмоток при прямоугольном импульсе токов; kп1 и kп2 – коэффициенты поверхностного эффекта в неизолированных медных проводах круглого сечения, которые предварительно можно принять в следующих пределах: для обмотки низкого напряжения kп1 = 1.2…1.6, а высокого напряжения kп2 = 1.1…1.4.

2.2 Тип импульсного трансформатора

Выбираем сердечник стержневого типа с обмотками, расположенными на одном стержне. Материал сердечника – горячекатаная листовая электротехническая сталь по ГОСТу 802-58 марки Э44. В качестве изоляции между листами сердечника трансформатора служат окислы кремния или магния и оксидная изоляция.

 Скачать реферат