книги / Учебное пособие по курсовому проектированию импульсных трансформаторов

этом изоляционный канал между обмоткой и стержнем получается меньше, чем в том случае, когда ближе к стерж­ ню расположена обмотка высшего напряжения. Следова­ тельно уменьшается средний диаметр канала рассеяния

(^ср) • Импульсные трансформаторы выполняются двухобмоточ­

ными и многообмоточными. Картина поля рассеяния у мно­ гообмоточных трансформаторов более сложная, чем у двух-

0о о

1г 3

Сумма Н.С.одмоток

1-Z и 1-3

а)

9

Рис. 2-10. Влияние расположения обмоток в трех­ обмоточном трансформаторе на поле рассеяния

обмоточных. Поэтому для таких трансформаторов особенно важно правильно выбрать взаимное расположение обмоток, которое привело бы к наименьшей индуктивности рассеяния.

Рассмотрим, на примере трехобмоточного трансформа­

ложения обмоток трехобмоточного трансформатора: а) ког­ да обе вторичные обмотки установлены по одну сторону от первичной и б) когда первичная обмотка установлена между вторичными.

На рис. 2-10,а и б построены кривые намагничивающих сил обмоток 1—2 и 1—3, создающих поля рассеяния.

Намагничивающая сила равна произведению тока на число витков в обмотке. Так как ток во всех витках обмот­ ки один тот же, то и. с. нарастает линейно по ширине обмот-

ки с увеличением числа витков. В канале между обмотками н. с. остается постоянной. Знак н. с. определяется направле­ нием тока в обмотке.

Намагничивающие силы пары обмоток первой и второй, создающие поле рассеяния, равны по величине и противо­ положны по знаку. То же самое можно сказать в отношении н. с. первой и третьей обмоток. Применяя метод наложения, по составляющим н. с. 1—2 и 1—3, находят суммарные кривые.

Сопоставляя результирующие кривые н. с., можно заме­ тить, что на рис. 2-10,а потоки рассеяния по всей ширине обмоток направлены в одну сторону, а на рис. 2-10,6 поляр­ ность потоков по ширине обмоток изменяется. Поэтому в первом случае поле рассеяния относительно больше и сле­ довательно больше индуктивность рассеяния.

В многообмоточных импульсных трансформаторах, так же как и в трехобмоточных, следует первичную обмотку располагать между вторичными с целью уменьшения индук­ тивности рассеяния.

Для расчета полной индуктивности рассеяния обмоток в многообмоточном трансформаторе используется следующая формула:

где <pL —численный коэффициент, определяемый типом об­

мотки и расположением обмотки на одном или двух стрежнях сердечника (гл. 3);

бд— приведенная, расчетная толщина изоляции, опре­ деляемая по формуле

и

В импульсных трансформаторах обмотки могут распола­ гаться, как на одном, так и на двух стержнях сердечника. В этом случае они соединяются последовательно или парал­ лельно.

При расположении обмоток на двух стержнях суммар­ ная индуктивность рассеяния обмоток и для последователь­ ного и для параллельного их соединения рассчитывается по приведенной выше формуле (2—6). В этой формуле бд— приведенная расчетная толщина изоляции, определяемая

суммой изоляционных расстояний между всеми частями обмоток на обоих стержнях и суммой всех радиальных раз­ меров обмоток на обоих стержнях, деленной на три.

Расчеты показывают, что при расположении обмоток на одном стержне сердечника и на двух стержнях — при после­ довательном соединении их частей, индуктивности рассеяния получаются близкими по величине. При расположении об­ моток на двух стержнях и при параллельном соединении их частей индуктивность рассеяния получается меньше, чем при последовательном соединении обмоток.

Иногда в двухобмоточных трансформаторах первичную обмотку разделяют на две равные части и между ними помещают вторичную обмотку. Такое разделение обмотки может быть названо секционированием. Секционирование обмотки, так же как и расположение обмоток в трехобмоточиом трансформаторе (рис. 2-10,6) приводит к уменьше­ нию индуктивности рассеяния.

2-7. Конструкция и технология изготовления обмоток

Импульсные трансформаторы выполняются однофазными двухобмоточиыми и многообмоточными. Чаще всего приме­ няются слоевые обмотки цилиндрического типа, изготавли­ ваемые из круглого медного провода.

Изоляция провода должна отвечать требованиям элек­ трической прочности, механической прочности и удовлетво­ рять также климатическим условиям, в которых будет рабо­ тать импульсный трансформатор. Для изготовления обмоток можно рекомендовать марку провода ПЭТВ (провод, изолированный иагревостойкой, высокопрочной эмалью — МРТУ 2.43.12—61). Эта марка провода обладает повышен­ ной стойкостью к тепловым ударам и является тропикоус­ тойчивой. Применяется также марка провода ПЭВ-2 (про­ вод, изолированный высокопрочной эмалью с утолщенной изоляцией — ГОСТ 7262—54) и др.

В импульсных трансформаторах, обычно, обмотки выпол­ няются квадратной или прямоугольной формы, так как они повторяют форму поперечного сечения стержня сердечника. Обмотки наматываются на каркас, гильзу или коробку, в которую закладывается сердечник. Эти детали служат изоляцией от сердечника и образуют жесткую основу для обмоток. Они изготовляются из кабельной бумаги, из стек­ лоткани, текстолита, гетииакса и др. материалов. Широкое

S3

применение находят прессованные или литые каркасы и гильзы, изготавливаемые из пресс-порошков или литьевых материалов (компаунд на основе эпоксидной смолы). Кар­ касы могут быть цельными или сборными из отдельных деталей — из боковых стенок, прилегающих к обмотке, и торцевых частей. Щели в местах сочленяемых деталей до намотки катушек перекрывают изоляционным материалом или заделывают изоляционной пастой.

Толщина стенок гильз, каркасов и коробок для сердеч­

Рис. 2-11. Расположение обмоток и изоляции в катушке

Отдельные обмотки размещаются на стержне концентриче­ ски и образуют катушку.

Намотка обмоток может выполняться левой или правой. Чаще применяется левая намотка, как более технологичная. Предпочтение, отдаваемое левой намотке, обусловлено тем, что при левой намотке витки укладываются слева направо (если смотреть с рабочего места) и обмотчику в этом слу­ чае удобно уплотнять витки справо налево.

Расположение обмоток на стержне сердечника и схема соединения их производится в соответствии с изложенными выше рекомендациями (разделы 2-4, 2-5, 2-6 гл. 2).

Между обмотками в процессе намотки прокладывается изоляция, толщина которой определяется испытательным напряжением.

С целью получения минимальных паразитных парамет­ ров изоляционные расстояния между обмотками в случае надобности могут быть увеличены.

Выбор материала изоляции между обмотками определя­ ется электрической прочностью, рабочей температурой трансформатора, частотой повторения импульсов и надеж­ ностью в работе.

Следует отметить, что материалы, применяемые при вы­ соких частотах, должны иметь малую диэлектрическую про­ ницаемость н малые потери (е== 1—2,5; tg 6 порядка 10~4—10“3).

В качестве изоляции между обмотками в сухих импульс­ ных трансформаторах применяются пленочные материалы типа фторопласт-4, лавсан и др. [Л. 11, 12, 13]. Более пол­ ным требованиям, предъявляемым к междуобмоточной и междуслойной изоляции, отвечает фторопласт-4, поэтому он применяется чаще других материалов.

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен)— органический, вы­ сокополимерный, термопластичный материал, обладающий высокими электроизоляционными свойствами и исключи­ тельно большой химостойкостью. Он морозостоек, негорюч, негигроскопичен, относится к классу С нагревостойкости (допустимая температура 250° С) (ГОСТ 10536—66).

Хорошими электроизоляционными и другими свойствами обладают также пленки из полиэтилентерефталата (лавсан), (ГОСТ 8865—58) и поликарбоната, относящиеся к классу Е нагревостойкости.

В высоковольтных импульсных трансформаторах, зали­ тых кремнийоргаиической жидкостью, для междуслойной изоляции применяется пропиточная бумага (ГОСТ 3441—63).

Междуслойная изоляция у краев слоя обычно выступает за торцы обмоток, а в случае надобности подворачивается таким образом, чтобы не могло произойти западания вит­ ков из слоя в слой. С этой же целью применяют подклейку проводов.

Начала и концы обмоток низковольтных трансформато­ ров припаиваются к штампованным латунным лепесткам припоем ПОС-40. Лепестки занимают мало места и их при­ менение сокращает габариты трансформатора. Лепестки можно заделывать путем бандажирования под наружную изоляцию катушки или крепить в торцевых стенках карка­ сов (рис, 2-12).

Изоляционное расстояние (hU3) между обмотками и яр­ мом сердечника выбирается из условий электрической проч­ ности и по конструктивным соображениям. В, сухух транс­ форматорах, изолированных компаундом на основе смолы ЭД-6, это расстояние определяется по испытательному на­ пряжению и электрической прочности компаунда. Расстоя­ ние от обмоток до ярма должно обеспечивать свободный проход отводов от внутренних обмоток наружу и возмож­ ность крепления (с помощью изоляционных материалов) крайних витков обмоток от сползания (рис. 2-13). По кон-

Рис. 2-13. Крепление крайних витков обметки от сползания

структивным соображениям это расстояние, примерно, полу­ чается равным 2—5 мм. Окончательно, изоляционное рас­ стояние (/inз) принимается наибольшим из двух полученных величин.

В тех случаях, когда сердечник выполняется разъемным (холоднокатаная сталь), готовые катушки подвергаются вакуумной сушке и пропитке компаундом. Для лучшей адгезии (прилипания) компаунда сверху катушка покры­ вается одним слоем стеклянной ленты (ГОСТ 5937—68). Пропиточный материал заполняет все поры в изоляции и между проводниками. Пропитка повышает влагостойкость, теплопроводность, а также цементирует катушку.

Хорошими электроизоляционными, влагозащитными и механическими свойствами обладают компаунды на основе эпоксидных смол (ЭД-5, ЭД-6). Эпоксидные смолы —термо- реактивиые смолы, которые при повышении температуры «запекаются», т. е. переходят в твердое неплавкое и нераст­ воримое состояние.

В качестве пропиточных компаундов в импульсных транс­ форматорах применяются ЭПК-1, ЭПК-4 и др., работающие при температуре от —60° до +120° С и рабочем напряже­ нии до 30 кв.

Дальнейшая технологическая обработка катушки после сушки и пропитки выполняется двумя основными способами: обволакиванием и способом заливки в форму.

Способ обволакивания заключается в том, что катушку несколько раз погружают в жидкий компаунд. Толщина слоя компаунда, в зависимости от числа погружений и вре­ мени погружения, колеблется от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

По второму способу катушку устанавливают в специаль­ ную форму и в этой форме заливают жидким компаундом, заполняющим все пустоты в форме. После определенного термического режима компаунд затвердевает, становится механически прочным и обеспечивает необходимую электри­ ческую прочность изоляции между отдельными частями трансформатора. По окончании режима залитая катушка извлекается из формы. Этот способ более надежен и каче­ ственен, но сложнее первого. Для заливки используются эпоксидные компаунды марок: ЭЗК-1, ЭЗК-2 и т. д., рабо­ тающие при температуре от —60° до +120° С и рабочем напряжении до 20—30 кв.

После установки готовых катушек на стержне и оконча­ тельной сборки трансформатора, с целью защиты металли­ ческих частей от влаги и придания хорошего внешнего вида, его покрывают эмалыо ЭП-74Т, способной работать в интер­ вале температур от —60° до +200° С.

В тех случаях, когда катушка наматывается на нераз­ резной сердечник (пермаллоевые сплавы), весь трансфор­ матор в сборе подвергается технологической обработке, ана­ логичной описанной выше для отдельных катушек (сушка, пропитка и т. д.).

Использование компаундов на основе эпоксидных смол для заливки катушек дает возможность выполнять сухие импульсные трансформаторы с рабочим напряжением до 7—10 кв.

Высоковольтные импульсные трансформаторы (до 50 кв) с целью повышения электрической прочности и условия охлаждения выполняются в герметизированном баке, запол­ ненном кремнийорганической жидкостью (ПЭС-Д, ГОСТ 10916—64 и др.).

На крышке бака устанавливаются специальные вводы и другая арматура.

2-8. Импульсные трансформаторы в схемах блокииг-генераторов

Блокинг-генератор — однокаскадный релаксационный ге­ нератор с сильной положительной обратной связью, пред-

Рис. 2-14. Принципиальная схема лампового бло- кииг-генератора

назначенный для формирования кратковременных импуль­

блокинг-генераторов, для осуществления сильной обратной связи между отдельными цепями генератора, а также для питания нагрузки.

Обратной связью называется воздействие выходного сиг­ нала обратно на вход.

В схемах блокинг-генераторов применяются электронные лампы или полупроводниковые приборы (транзисторы).

Схема лампового блокинг-генератора (рис. 2-14), прин­ ципиально не отличается от схемы блокинг-генератора на транзисторах (рис. 2-15).

В ламповом блокииг-генераторе первичная обмотка трансформатора включается в анодную цепь. Полярность импульса напряжения на первичной обмотке —отрицательна.

Вторичные обмотки трансформатора питают управляю­ щие и экранирующие сетки блокинг-генератора и другие цепи нагрузки (рис. 2-16).