Расчет импульсного трансформатора (напряжение на вторичной обмотке трансформатора - 57,43 кВ, длительность импульса - 40 мкс)

8. Расчет импульсного трансформатора.

Исходные данные для расчета:

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора  U₂                57,43 кВ.

Ток во вторичной обмотке I₂                                                            70А

Длительность импульса τ                                                                  40мкс

Частота следования импульсов F                                                      300 имп/сек

Коэффициент трансформации n                                                         2,2

Длительность фронта импульса τ_Ф                                                   0,0204 мкс

Длительность спада импульса τ_С                                                       0,067 мкс

Волновое сопротивление линии ρ_Л                                                   50Ом          

          1. Определение электрических параметров:          

Внутреннее сопротивление модулятора: R₁ = ρ_Л = 50Ом.

Сопротивление нагрузки модулятора, приведенное к первичной обмотке трансформатора        R’₂ = ρ_Л = 50Ом.

По графику кривых, характеризующих изменение напряжения на участке фронта импульса, выбираем параметр k=0,7 и определяем безразмерное время t [при уровнях отсчета 0,1 и 0,9(U’₂/U’_2∞)].

t =  2,8 – 0,4 = 2,4.

         

(8.1)

Отсюда

В результате решения последней системы уравнений, получаем

С_Э = 240пФ     L_S = 0,6 мкГн.

Индуктивность намагничивания L_m = 21,438 мГн (она рассчитана при расчете модулятора).

2. Расчет режима работы сердечника трансформатора.

Охлаждение – масляное. Материал сердечника – сталь Э310. Толшина листа δ_СТ = 0,35 мм.

Относительная магнитная проницаемость

 

(8.2)

Постоянная времени установления вихревых потоков

 

(8.3)

Тогда

                    (8.4)

Задаемся ΔВ_m= 0,5 вб/м². Тогда ΔВ_m/ΔВ_CР = 2,5. Следовательно

 

(8.5)

 

(8.6)

Уточняем

(8.7)

Для τ/Т_В = 7,14,   μ_К/μ_r = 0.42, откуда    μ_К = μr ∙ 0.42 = 2284∙0,42=1000.              (8.8)

3. Выбор схемы и расчет диаметра проводов.

          Выбираем многослойную, несекционированную, схему обмоток трансформатора на двух кернах (рис.8.1).

Рис.8.1

Тогда эффективные расчетные токи в обмотках:

 

(8.9)

 

(8.10)

 

(8.11)

 

(8.12)

Диаметр проводов обмоток:

 

(8.13)

(8.14)

Где jдоп = 8а/мм².

4.Расчет толщины межслоевых прокладок.

Задаемся   k_d = t/d = 2.5

Материал изолирующих прокладок – шелковая лакоткань:

ε=3ε₀ ;   Е_проб = 40кВ/мм.

Характеристическое сопротивление трансформатора

 

(8.15)

Наибольшие межслоевые напряжения:

 

(8.16)

(8.17)

Величина отношения

 

(8.18)

В результате найдем Δ1 =2,67,  Δ2=2,94

Проверка расстояния Δ1и Δ2 с точки зрения их электрической прочности

 

(8.19)

(8.20)

(8.21)

5. Ориентировочный выбор размеров окна сердечника.

Задаемся расстояниями Δ_К  =3мм,  Δ_С =35мм.

Определяем величины

(8.22)

(8.23)

Тогда ширина окна:

С = 2 Δ_К + С_К1 + С_К2 + Δ_С =2∙3 + 4,6 + 4,87 + 35=50,47мм        (8.24)

Выбираем С = 50 мм

Задаемся расстоянием S״ _h=20 мм

Определяем

(8.25)

(8.26)

Принимаем h_К = 30мм.

Тогда высота окна

H= h_К + δ׳_h + δ״_h = 30 + 15 + 20 = 65мм.                    (8.27)

Выбираем h= 70 мм

6. Объем сердечника трансформатора.

(8.29)

Задаемся шириной ленты сердечника а = 10см.

Решаем уравнение

V = S_СТ l_СТ = a b (2h + 2c + πb)                            (8.30)

Относительно величины b= 9см. Тогда S_СТ = ab = 90см²

l_СТ = V/S_СТ = 7887/90 = 88 см.                               (8.31)

7. Число витков обмотки.

(8.32)

(8.33)

Проверим электрическую прочность межвитковых расстояний:

(8.34)

(8.35)

(8.36)

(8.37)

(8.38)

(8.39)

8. Потери в трансформаторе.

 

(8.40)

(8.41)

(8.42)

Где r₁ = 0,06Ом , r₂ = 0,18Ом

9. КПД трансформатора.

(8.43)

(8.44)

(8.45)

10. Расчет режима потребления и охлаждения.

Охлаждение поверхности трансформатора

S_Т = 2 (a + b) l_СТ = 2∙(10 + 9)∙88 = 3344см ².                 (8.46)

Охлаждающая поверхность бочка.

S_Б = 6000 см ².

Перепад температуры между обмоткой и маслом

 

(8.47)

Где К_t1 = 0,015 м ²град/Вт.

Перепад температуры между бочком и воздухом

(8.48)

Где К_t2 = 0,03 м ²град/Вт.

Суммарный перепад температуры:

Δt = Δt₁+ Δt₂ = 3,42 + 3,8 = 7,22.                                   (8.49)

Для увеличения допустимого теплового режима выбираем увеличенную поверхность масляного бочка без обдува поверхности.