Импульсный трансформатор — требования для проектирования

 К импульсному трансформатору предъявляется широкий комплекс разнообразных требований, которые можно разделить на функциональные, эксплуатационные и технико-экономические.

Функциональные требования определяют значения основных электрических параметров -напряжение, мощность и форма импульсов, получаемых посредством импульсных трансформаторов. Функциональные требования являются безусловными. Однако по техническим причинам выполнить все функциональные требования удастся не всегда.
Эксплуатационные требования — это, прежде всего, высокая надежность импульсных трансформаторов (далее ИТ). Надежность ИТ определяется его электрической прочностью, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, температурным режимом, способностью выдерживать перегрузки в возможных аварийных режимах. Эксплуатационные требования абсолютно безусловны.
Технико-экономические требования — это минимальные габариты, масса и потери энергии, стоимость, трудоемкость изготовления, а также технологичность, возможность использования в конструкции ИТ доступных материалов и т. д. Степень выполнения технико-экономических требований определяется свойствами применяемых в ИТ магнитных, проводниковых, изоляционных и конструкционных материалов, уровнем технологии. В отличие от функциональных и эксплуатационных эти требования условны и в зависимости от конкретных обстоятельств могут изменяться в широких пределах. Так, мыслима ситуация, когда применение ИТ является единственным технически приемлемым способом получить импульсы с заданными параметрами; в этом случае технико-экономические требования приобретают второстепенное значение. Традиционно наиболее важные и трудновыполнимые функциональные требования касаются искажений формы трансформированного импульса. Искажения имеют вид переходного процесса, который в зависимости от соотношения между индуктивными и емкостными параметрами трансформаторной цепи носит колебательный или апериодический характер. В пренебрежении второстепенными деталями искаженный трансформированный импульс представлен на рисункеимпульсный трансформатор-работа, где предполагается, что генератор вырабатывает идеально прямоугольные импульсы с амплитудой U1 и длительностью tи. Искажения трансформированного импульса длительности tи принято характеризовать удлинением фронта tф, измеренным между уровнями (0,1 … 0,9)*U2; амплитудой максимального выброса напряжения на фронте ðU2; снижением напряжения на вершине ÐU2 за время действия импульса; удлинением среза tс и амплитудой максимального выброса на срезе ðUc. Обычно удобнее оперировать соответствующими относительными параметрами искажений. Для современного применения мощных ИТ характерны следующие допустимые относительные искажения: tф/tи = 0,05 … 0,25;  ðU2/U2 = 0,00 … 0,05;  ÐU2/U2 = 0,002 … 0,050;  tc/tи = 0,10 … 0,30; ðUc/U2 = 0,3.
Форма импульса на нагрузке определяет протекание процессов в ней. Отклонения от заданной формы нарушают нормальный процесс и поэтому недопустимы. По этой причине главное функциональное требование, предъявляемое к ИТ, состоит в ограничении уровня вносимых им искажений формы трансформированного импульса. Однако соответствие этому функциональному требованию не является достаточным в практическом применении мощных ИТ. В установках импульсной электроэнергетики энергия, мощность и напряжение трансформированных импульсов весьма велики, поэтому при требуемых параметрах искажений формы импульса масса и объем ИТ могут достигать десятков тонн и кубометров. Кроме того, особое значение приобретает всемерное уменьшение потерь в ИТ; даже если потери и относительно малы, отвод выделяющейся при этом теплоты часто приобретает характер сложной технической проблемы. Значительные технологические трудности возникают при изготовлении крупногабаритных магнитных систем мощных ИТ. Немаловажную роль играют также экономические факторы.

     По перечисленным и другим причинам подобного характера к мощным ИТ помимо функциональных неизбежно предъявляется еще и целый комплекс технико-экономических требований, главные из которых:  минимальные габариты, масса, стоимость, потери энергии и высокая технологичность. Технико-экономические и функциональные требования часто оказываются одинаково важными, так как невыполнение технико-экономических требований иногда приводит к невозможности или экономической нецелесообразности применения ИТ. Поэтому особое внимание должно уделяться поиску конструкций с высокими технико-экономическими показателями при безусловном, естественно, выполнении ими своего функционального назначения.

Исходные данные для проектирования импульсного трансформатора

В общей постановке проектирование — это выбор технического решения и создание совокупности документов, достаточных для промышленного изготовления объекта проектирования. Содержанием проектирования ИТ является выбор конструкции, отвечающей  функциональным и эксплуатационным требованиям и обеспечивающей получение приемлемых технико-экономических показателей. Если такая конструкция найдена и достаточно глубоко проработана, то создание соответствующей совокупности документов (разработка конструкторской документации) не представляет принципиальных затруднений. По этим причинам в данной книге задача проектирования ограничена выбором соответствующей конструкции и такой степенью детализации последней, которая достаточна для разработки конструкторской документации. Именно в этом смысле употребляется далее термин «проектирование». При таком ограничении задачи в сфере проектирования из эксплуатационных остаются фактически только требования к электрической прочности и теплостойкости конструкции ИТ. Эти требования с равным основанием можно отнести как к эксплуатационным, так и к функциональным, поскольку без их выполнения нормальное функционирование ИТ невозможно. Поэтому далее требования к электрической прочности и теплостойкости будут отнесены к функциональным. Считается, что выполнение других эксплуатационных требований обеспечивается при разработке конструкторской документации.  В основе проектирования ИТ — заданные параметры импульса на нагрузке, электромагнитные параметры генератора, соединительных цепей и нагрузки. Эти исходные данные удобно разделить на две части, характеризующие первичную и вторичную цепь ИТ, и представить в следующем виде:

Параметры первичной цепи

Напряжение генератора импульсов  В………….е

Внутреннее сопротивление генератора, Ом……….Rг
Длительность импульса, с…………………tи
Длительность фронта импульса, с…………….tф1
Спад напряжения на вершине импульса, В……….ÐU1
Длительность среза импульса, с……………..tc1
Частота повторения импульсов, Гц……………F
Индуктивность монтажа, Гн……………….Lм1
Емкость монтажа, Ф……………………Cм1
Емкость генератора импульсов, Ф ……………Сг

Параметры вторичной цепи

Напряжение на нагрузке, В………………..U2
Сопротивление нагрузки, Ом ………………R2
Длительность фронта импульса, с……………..t ф2
Выброс напряжения на фронте, В…………….ðU2
Спад напряжения на вершине импульса, В………..ÐU2
Длительность среза импульса, с……………..tc2
Индуктивность монтажа, Гн……………….Lм2
Емкость монтажа, Ф……………………СМ2
Емкость нагрузки, Ф……………………Cн
Вольт-амперная характеристика нагрузки………..u=u(i)

В исходные данные обязательно включаются также сведения об условиях эксплуатации, определяющих надежность ИТ: время непрерывной работы, температура окружающей среды, вероятность аварийных состояний в генераторе и нагрузке и т.д.  Кроме перечисленных обычно приводятся и другие данные или оговариваются дополнительные требования. Все они в той или иной мере учитываются при проектировании ИТ. Но главными все же являются параметры первичной и вторичной цепи и условия эксплуатации, так как именно они определяют выбор конструкции, размеры, тип изоляции и другие особенности ИТ. Поэтому в основу проектирования кладутся, эти исходные данные, тем более что при реальном проектировании никогда не удается выполнить все требования и неизбежны компромиссы. Немаловажное значение играет как установлен трансформатор,поэтому варианты установки импульсного трансформатора необходимо просчитать на этапе проектирования.
К списку статей

Заказать импульсный  трансформатор

 

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню