книги / Учебное пособие по курсовому проектированию импульсных трансформаторов

обмоток, расположенных на том же стержне, зависит от маркировки зажимов и направления намотки витков обмоток.

Обмотки могут располагаться на одном или двух стерж­ нях сердечника. При расположении обмоток на двух стерж­ нях, соединения между ними должны выполняться таким образом, чтобы магнитные потоки в сердечнике, создавае­ мые токами, протекающими в отдельных частяходной и той же обмотки, были направлены согласно, а не встречно.

2-5. Паразитная емкость обмоток

Расчет паразитной емкости обмоток импульсного транс­ форматора .связан с определением потенциальных коэффи­ циентов приведения статических емкостей к их динамиче­ ским значениям (а).

Из формулы (3—55) видно, что для уменьшения пара­ зитной емкости следует добиваться минимальных значений потенциальных коэффициентов.

Численные значения этих коэффициентов зависят: от по­ лярности э. д. с. в обмотках и величины потенциалов на верхних и нижних зажимах,- от расположения обмоток по отношению друг к другу и к стержню, от расположения обмоток на одном или двух стержнях, от схемы соединения отдельных частей обмоток.

Рассмотрим более подробно влияние указанных факто­ ров на паразитную емкость обмоток. Во всех случаях, рас­ сматриваемых ниже, коэффициент трансформации двухоб­ моточного трансформатора равен

^£/д

~Ё ~ и г ’

Потенциальные коэффициенты приведения статических ем­ костей к их динамическим значениям определяются по фор­ муле (3—41)

При расчете этих коэффициентов необходимо учитывать

.знаки потенциалов на зажимах обмоток.

В литературе по импульсной технике принято, что поляр­ ности э.д. с. и напряжений на обмотках совпадают.

1. Междуобмоточная емкость

Рассмотрим влияние полярности импульса и величины Потенциалов на зажимах обмоток на междуобмоточнуго

емкость.

Используя равенство (3—41), получим потенциальные коэффициенты для случаев а, б, в, г (рис. 2-3).

Рис. 2-3. Влияние полярности импульса, направления на­

мотки и маркировки обмотки на динамический коэффици-

иг

ент. Коэффициент трансформации к ~ ———

а) Полярность импульсов напряжений на первичной и вторичной обмотках одинакова. Потенциальный коэффи­ циент

чины потенциалов верхнего и нижнего зажимов меняются местами. Потенциальный коэффициент

«И = 1 ( 1 - « + * * ) .

Из сравнения случаев а и б видно, что при одинаковой полярности импульсов напряжений на обмотках и одинако­ вых коэффициентах трансформации потенциальный коэффи­ циент а\2 > а \2 и их разность равна

«12 — «12 = — Л.

Следовательно, из рассмотренных двух случаев можно рекомендовать схему, показанную на рис. 2-3,а.

в) Полярность импульсов напряжений на первичной и вторичной обмотках противоположна. Потенциальный коэф­ фициент

« » = 1 о + г* + *а>.

г) Полярность импульсов напряжений на первичной и вторичной обмотках противоположна. Величины потенциа­ лов верхнего и нижнего зажимов поменялись местами. По­ тенциальный коэффициент

ai2 = — (1 4* k 4- ka).

При разных знаках полярности напряжений на обмотках и одинаковых коэффициентах трансформации потенциальный коэффициент ai2 " > a i2/// и их разность равна: сцг"—а\2Ш~

- г*-

Из рассмотренных двух случаев в и г можно рекомендо­ вать схему, показанную на рис. 2-3,г.

Из рассмотренных четырех случаев видно, что потенци­ альный коэффициент имеет наименьшее значение для схе­ мы а. При одинаковых полярностях напряжений потенци­ альный коэффициент (ai2 ) оказывается при прочих равных условиях меньше, чем при противоположных полярностях (сиг'") и их разность равна

®12 — «12 ==

2. Емкость обмотки по отношению к заземленному сердечнику

Рассмотрим влияние расположения обмоток на стержне на величину емкости по отношению к заземленному сердеч­ нику. Сравним потенциальные коэффициенты приведения динамической емкости обмотки на землю для двух случаев. Коэффициент трансформации для обоих случаев принимаем

Ех Ux

а) Обмотка с меньшим напряжением расположена бли­ же с стержню (рис. 2-4,а). Потенциальный коэффициент,

Рис. 2-4. Влияние расположения обмоток на стерж­ не на величину емкости по отношению к заземлен­ ному сердечнику. Коэффициент трансформации

характеризующий емкость между этой обмоткой и стержнем

к стержню (рис. 2-4,6). Потенциальный коэффициент, харак­

0 2 i= {k2—2k-\-\). Коэффициенты ai2 = a 2 i- Разность коэф­ фициентов, определяющих емкость обмотки на землю, «равна:

«о» — «01 = !)■

Следовательно, для получения минимальной паразитной емкости обмотки на землю, необходимо располагать обмот­ ки с более высоким потенциалом по возможности снаружи.

3. Емкость между наружными катушками

Рассмотрим влияние схемы соединения однослойных об­ моток, расположенных на двух стержнях сердечника, на ди^- намическую емкость между наружными, катушками.

На рис. 2-5 представлены схемы с различными соедине­ ниями отдельных частей обмоток на двух стержнях и разной

О п 'Ш -Ф + М си1г!=^кг

^ г Ш кг'2к+1)

а)

Рис. 2-5. Влияние схемы соединения обмоток на динамическую емкость между наружными катушками. Коэффициент трансфор­

мации к — 1^2

их

полярностью импульса напряжения. Коэффициент транс­ формации принят

Соединение зажимов вторичной обмотки по схеме рис. 2-5,6 дает возможность получить разность потенциалов на ниж­ них и верхних концах обмотки меньше, чем по схеме рис. 2-5,fl, что приводит к меньшим динамическим коэффи­ циентам (а). Следовательно, можно рекомендовать для одинаковых знаков потенциалов (одинаковой полярности импульсов напряжения) схему рис. 2-5,6. Аналогично, для разных знаков потенциалов рекомендуется схема рис. 2-5,в. Эти схемы дают возможность получить меньшую динамиче-

на основании изложенных выше соображений таким обра­

с разной полярностью. Представленные на рис. 2-6 схемы обеспечивают меньшие значения емкости обмоток на землю,

при коэффициентах трансформации k — -^ -< 2 . При коэф-

фициентах трансформации k>2, возрастает емкость высоко­ вольтной обмотки на землю. Поэтому при коэффициентах

Рис. 2-7. Схемы соединения несекцио-,

емкостей, можно использовать несекционированные (много­ слойные) обмотки (рис. 2-7). Но при этом увеличивается индуктивность рассеяния обмоток.

На рис. 2-8 представлены схемы секционированных об­ моток, расположенных на двух стержнях сердечника. Эти схемы даны для одинаковых и разных полярностей напря­

ййе их ltd отношению к сердечнику, а также соединение отдельных частей обмоток, помещенных на двух стержнях, выполнено с учетом получения минимальной динамической емкости обмоток.

Рис. 2-8. Схемы соединения секционированных обмоток, рас­ положенных на двух стержнях. Коэффициент трансформации

5. Емкость многообмоточного трансформатора

Конструирование и составление схемы обмоток проекти­ руемого трансформатора необходимо выполнять с учетом проведенного выше анализа. Причем обычно емкость на землю и емкость между наружными катушками обеспечи­ ваются наименьшими при составлении самой схемы, а междуобмоточные емкости рассчитываются (гл. 3).

Полная паразитная междуобомоточная емкость опреде­ ляется суммой всех емкостей между отдельными обмотками. Емкости между отдельными обмотками зависят от импульс­ ных напряжений, (т. е. от потенциальных коэффициентов)

.и, следовательно, от 'взаимного расположения обмоток. Рекомендуется рассчитать несколько вариантов схем при

различном взаимном расположении обмоток г целью полу­ чения минимальной, паразитной емкости.

Следует отметить, что расположение обмоток по отно­ шению к стержню и друг к другу, благоприятное в отно­ шении уменьшения динамической .емкости, удовлетворяет также условию работы изоляции обмоток, так как это свят зано с величиной импульсных напряжений.

Однако в дальнейшем нужно проверить выбранную схе­ му с точки зрения получения наименьшей индуктивностирассеяния обмоток (гл. 2, 2-6).

При разработке электрической схемы обмоток следует учесть рекомендации, изложенные в гл. 2, 2-8.

2-6. Индуктивность рассеяния обмоток

Магнитное поле трансформатора создается совокупно­ стью намагничивающих сил (н. с.) всех его обмоток. Это поле может быть условно разделено на две взаимно связан­ ные части: основное поле и поле рассеяния. Основное поле (поле взаимной индукции) замыкается по сердечнику, а поле рассеяния проходит главным образом вне сердечника.

Магнитное поле рассеяния создается частью намагничи­ вающих сил всех обмоток, геометрическая сумма векторов

При этом полем рассеяния при холостом ходе пренебрега­ ют, что мало сказывается на практических расчетах.

Индуктивность рассеяния однослойных цилиндрических обмоток трансформатора (Lp) обусловлена потоками рас­ сеяния.

Для простых концентрических обмоток, расположенных на одном стержне сердечника двухобмоточного трансфор­ матора, расчет (индуктивности рассеяния выполняется по известной формуле {Л. 7]

аи Яг— радиальные размеры обмоток (см); 1К— высота обмоток (см)\

W1 — число витков первичной обмотки;

Мо=0,4я10-8 — магнитная проницаемость вакуума.

На рис. 2-9 построены намагничивающие силы и поля рассеяния обмоток в соответствии с принятыми направле­ ниями токов. Направления токов для рассматриваемого момента времени условно показаны крестиками и точками.

В формуле (2—4) величина я*/)ср— это периметр, рас­ считанный по средней линии канала рассеяния для цилинд­ рических катушек. При расчете индуктивности рассеяния обмоток прямоугольной и квадратной формы этот периметр

следует определять, учитывая форму катушек. При малых

радиальных размерах обмоток трансформатора периметр

(П) приближенно можно определить по средней длине вит­ ка первой от стержня обмотки.

Рис. 2*9. Приближенная картина поля рассеяния концентрических обмоток

Радиальные размеры обмоток и канала рассеяния, в со­ ответствии с принятыми на рис. 3-3,а обозначениями, для

однослойных обмоток равны ax— dn, a2— dm и с12=блт. Тогда приведенная выше формула примет вид

первичной обмотки, Ь'р2 — приведенная к первичной обмотке

индуктивность рассеяния вторичной обмотки. При опреде­ лении индуктивности рассеяния по формуле (2—5) предпо­ лагается, что обмотки равны по высоте ц витки равномерно распределены по высоте. В этом случае индуктивность оп­ ределяется продольным (осевым) полем рассеяния.

Как видно из формулы, индуктивность рассеяния обмо­ ток зависит от их геометрических размеров и канала рас­ сеяния между ними.

Индуктивность рассеяния будет меньше, если обмотку с низшим напряжением располагать ближе к стержню. При