Нюанси проектування імпульсних трансформаторів на тороїдальному сердечнику

міді, алюмінію, нержавіючої сталі. Гідність обіцянок з міді та алюмінію полягає в їхній високій теплопровідності, що полегшує охолодження магнітної системи. Однак недостатня механічна міцність обічків з цих металів ускладнює виготовлення та компонування великогабаритних конструкцій. Тому в останніх доцільно застосування обічанок з нержавіючої сталі, механічно міцніших. Нестача таких обіцянок — значно менша теплопровідність. Обичайки з ізоляційних матеріалів - склоепоксиду, органічного скла, пластмас - мають низьку теплопровідність і тому застосовуються для захисту магнітопроводів невеликого розміру, зазвичай діаметром менше 250 мм. Простір між обичайкою і магнітопроводом зазвичай заповнюється еластичним компаундом, що амортизує, наприклад силіконовим мастилом ЦИАТИМ-201 або їй подібними. Відносна конструктивна складність і висока вартість пермалоєвих магнітопроводів робить їх застосування доцільним лише за дуже коротких імпульсів, коли необхідно зменшити втрати на вихрові струми за допомогою зменшення товщини стрічки магнітного матеріалу. Раніше зазначалося, що пермалою не має переваг перед трансформаторною сталлю ні щодо збільшення індукції, ні щодо питомого електричного опору. Тому з урахуванням значної конструктивної складності магнітопроводу з пермалою їх застосування виправдане тільки тоді, коли товщина стрічки повинна бути меншою за 0,05 мм, тобто коли магнітопровід не може бути зроблений з електротехнічної сталі. З цієї причини магнітопровід трансформаторів, призначених для роботи при малій тривалості та високій частоті повторення імпульсів, доводиться виготовляти з пермалою. Проте і тонкі стрічки пермалою не завжди допомагають уникнути великих втрат, і тепловий режим роботи магнітної системи виявляється надмірно напруженим. У таких випадках доводиться застосовувати водяне охолодження магнітопроводу. З цією метою обидві, переважно мідні або алюмінієві, виготовляються з водяними сорочками. Головна технологічна складність виготовлення магнітопроводів з пермалою полягає в необхідності їх відпалу в спеціальних печах - в атмосфері водню, інертних газів або у вакуумі. Зазвичай печі невеликого розміру і придатні для відпалу магнітопроводів порівняно малого, не більше 600 мм, діаметра. З цієї причини доводиться застосовувати магнітопроводи з великої кількості магнітопроводів малого діаметра, що призводить, з одного боку, до великої нерівносторонності перерізу магнітопроводу, з іншого - до суттєвого обмеження потужності та енергії імпульсного трансформатора, розрахованого на імпульси малої тривалості. У той же час магнітопроводи з трансформаторної сталі можуть виготовлятися діаметром до декількох метрів, так як сталі 3421-3425 поставляються у відпаленому стані і після виготовлення магнітопроводу необхідно виробляти відпал, а тільки спікання стрічки. Таким чином, діаметр магнітопроводу з трансформаторної сталі обмежений лише можливостями технологічного обладнання для намотування стрічки та труднощами транспортування великогабаритних імпульсних трансформаторів з тороїдальними магнітопроводами. Найбільш важливим обмежуючим фактором є залізничний габарит, що становить 2,77 м-коду.

Можливі варіанти компонування магнітопроводів у тороїдальні магнітні системи

Компонування магнітних систем з вертикальною установкою кручених магнитопроводов наведено малюнку, де 1 — тороїдальний магнитопровод; 2 - щока з механічно міцного ізоляційного матеріалу, наприклад склоепоксиду (щоки можуть бути також і металевими, наприклад литими з чавуну); 3 - фундаментна плита, що служить конструктивною основою трансформатора; 4 - бандаж зі склострічки. Магнітопроводи фіксуються у виточенні на внутрішній стороні щік. Зовнішній бік щік має нахил по відношенню до внутрішньої. Це дозволяє просто реалізувати в імпульсному трансформаторі конічні обмотки. При циліндричних обмотках зовнішня та внутрішня сторони щік виконуються паралельними. Таким або подібним способом вдається компонувати магнітопроводи з магнітопроводів діаметром до 1,5 м. Компонування магнітопроводів з вертикальною установкою магнітопроводів в обичайці наведено на малюнку, де 1 - магнітопровід, поміщений в обичайки - 2; 3 - приварений до обичайок косинець для кріплення магнітопроводу до фундаментної плити 4. На обичайки з магнітопроводами в декількох місцях також накладаються бандажі. Такі або подібні до них компонування магнітних систем доцільні у високовольтних імпортних трансформаторах, оскільки дозволяють найпростішим способом реалізувати вторинну обмотку з введенням посередині. Істотний недолік обох вертикальних компоновок - низька механічна міцність конструкції, унаслідок чого за великих діаметрах магнітних систем зібраний імпульсний трансформатор виявляється не транспортабельним. Тому імпульсні трансформатори таких конструкцій доводиться збирати на місці їх постійної установки.
Компонування магнітних систем з горизонтальним встановленням кручених магнітопроводів наведена на малюнку, де 1 - тороїдальний магнітопровід, 2 - амортизуюча прокладка; 3 - притискний фланець. Фланці мають виступи, через які магнітна система стягується шпильками Обмотки розміщуються в секторах між виступами. Для підвищення жорсткості магнітопроводу фланці у районі виступів можуть бути посилені ребрами жорсткості. Компонування магнітних систем з горизонтальною установкою магнітопровід в обичайці наведено на малюнку де 1 - магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - обичайка; 4 — приварене до обичайки ребро, за допомогою якого магнітна система кріпиться до кришки бака 5. Звертає він увагу, що з горизонтальній компоновці периферійна частина магнітної системи розділена виступами чи ребрами. Внаслідок цього обмотки імпульсного трансформатора доводиться секціонувати, причому число секцій дорівнює кількості секторів між виступами або ребрами. Якщо застосовуються обмотки із введенням посередині, то число секцій подвоюється. Це призводить до зменшення довжини кожної секції і, отже, ускладнює отримання високої поздовжньої електричної міцності обмоток імпульсного трансформатора. Більш доцільною є конструкція магнітної системи з трьома секторами замість показаних на малюнках чотирьох, так як при цьому збільшується довжина кожної секції. Якщо магнітопровід великого діаметра, то зазначені обставини не мають особливого значення, але при малих діаметрах проектування трансформатора на високу напругу з таким компонуванням важко. У цьому відношенні очевидна перевага вертикальної установки, коли магнітопровід має тільки один сектор, що дозволяє збільшити довжину секції і тим самим підвищити подовжню електричну міцність.
Істотний недолік горизонтальної установки полягає також у практичній неможливості пристрою охолодних масляних каналів, що ускладнює тепловідведення від магнітопроводу. Компонування магнітної системи з вертикальним встановленням магнітопроводів в обичайці наведена на малюнку, де 1 - магнітопровід, вміщений в обичайці - 2; 3 - приварений до обичайок косинець для кріплення магнітопроводу до фундаментальної плити 4. На обичайки з магнітопроводами в декількох місцях також накладаються бандажі. Такі або подібні до них компонування магнітних систем доцільні у високовольтних імпульсних трансформаторах, оскільки дозволяють найбільш простим способом реалізувати вторинну обмотку з введенням посередині. Істотний недолік обох вертикальних компоновок - низька механічна міцність конструкції, внаслідок чого при великих діаметрах сердечника зібраний трансформатор виявляється не транспортабельним. Тому трансформатори таких конструкцій доводиться збирати на місці їх постійної установки. Компонування магнітопроводу з горизонтальною установкою кручених магнітопроводів наведено на наступному малюнку, де 1 - тороїдальний магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - притискний фланець. Фланці мають виступи, через які магнітопровід стягується шпильками. Обмотки розміщуються у секторах між виступами. Для підвищення жорсткості магнітної системи фланці у районі виступів можуть бути посилені ребрами жорсткості.
Компонування магнітної системи з горизонтальним встановленням магнітопроводів в обичайці наведено на малюнку, де 1 - магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - обичайка; 4 - приварене до обичайки ребро, за допомогою якого магнітопровід кріпиться до кришки бака 5. Привертає увагу, що при горизонтальній компоновці периферійна частина розділена виступами або ребрами. Внаслідок цього обмотки імпульсного трансформатора доводиться секціонувати, причому число секцій дорівнює кількості секторів між виступами або ребрами. Якщо застосовуються обмотки із введенням посередині, то число секцій подвоюється. Це призводить до зменшення довжини кожної секції і, отже, ускладнює отримання високої подовжньої електричної міцності обмоток трансформатора. Більш доцільною є конструкція магнітопроводу з трьома секторами замість показаних на малюнках чотирьох, так як при цьому збільшується довжина кожної секції. Якщо магнітопроводи великого діаметра, то зазначені обставини не мають особливого значення, але при малих діаметрах сердечників проектування імпульсних трансформаторів на високу напругу з таким компонуванням важко. У цьому відношенні очевидна перевага вертикальної установки, коли магнітна система має тільки один сектор, що дозволяє збільшити довжину секції і тим самим підвищити електрику.
Істотний недолік горизонтальної установки полягає також у практичній неможливості пристрою охолодних масляних каналів, що ускладнює тепловідведення від магнітної системи

До переліку статей.