книги / Учебное пособие по курсовому проектированию импульсных трансформаторов
..pdfТаким образом, при |
заданной полярности э.д. с. импуль |
са первичной обмотки, |
полярность э. д. с. (фаза) остальных |
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)
„ |
(£/„-Ц „ )* + (Ц , 1 - Ц*г) ( Цнх - У н г ) + (U HX - U H%Y |
11 |
w \ |
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).
|
- h |
|
|
Дебая„ |
М |
2 - |
|
г Прабая |
1 , Дебая |
||
|
|
у |
намотка |
|
лГ-и.1 |
оотт'ш |
|
|
Г |
0 |
|
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
|
|
|
- 2 f t |
+ |
**). |
|
|
б) |
. Полярности |
импульсов |
|
на |
обмотках |
сохраняются |
|
прежними, |
благодаря |
изменению |
во |
вторичной |
обмотке, |
||
направления |
намотки |
и маркировки |
зажимов. Однако вели- |
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
' |
1 . |
«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
^ |
> 1. |
Ех Ux
а) Обмотка с меньшим напряжением расположена бли же с стержню (рис. 2-4,а). Потенциальный коэффициент,
а) |
6) |
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
a o i= ---,потенциальный коэффициент между двумя |
обмот- |
3 |
|
ками ai2 = - ~ (1—2k+ k2). |
|
u |
ближе |
б) Обмотка с большим напряжением расположена |
к стержню (рис. 2-4,6). Потенциальный коэффициент, харак
теризующий емкость между этой обмоткой |
и стержнем |
а02= ~3& 2, потенциальный коэффициент между |
обмотками |
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
Ег |
Ui ‘ |
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
зом, |
чтобы |
была обеспечена минимальная |
емкость. На |
|
рис. |
2-6,а дана схема для |
трансформатора |
с одинаковой |
|
полярностью |
напряжений на |
обмотках, а на |
рис. 2-6,6 — |
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-,
нированных |
обмоток, |
расположенных |
|
на |
одном |
стержне. |
Коэффициент |
|
|
|
£/| |
|
трансформации k — —р— |
||
|
|
|
Ui |
трансформации |
k >2, с |
целью |
уменьшения динамических |
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
жений |
на обмотках |
двухобмоточиого трансформатора. |
В этих |
схемах взаимное |
расположение обмоток, расположе- |
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
которых (на каждой фазе) равна нулю |
|
(Л -Д )№ ', + 2 ^ . = О- |
(2-3) |
2 |
|
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]
V-Q'K’Dcp'Wi |
+ |
|
И - |
(2-4) |
1к |
|
|||
|
|
|
|
|
В этой формуле |
диаметр |
канала |
рассеяния |
(с.«); |
7)ср — средний |
||||
а12— ширина |
канала |
рассеяния |
(см)\ |
|
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
_ W f/7 / |
, |
«n + dт |
|
р— щю3/* Г\ |
"”......+ |
з ) [мк • гн\ |
(2-5) |
Эта формула определяет индуктивность рассеяния обеих |
|||
обмоток: Lp=jLp, +£'р2 > где |
Lp i— индуктивность |
рассеяния |
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