Определение сечения и диаметра проводов обмоток

В маломощных импульсных трансформаторах при мощностях в импульсе менее киловатта средние потери в меди обмоток, даже при малом диаметре провода, ничтожно малы в отношении допустимого нагрева. Поэтому поперечное сечение проводов обмоток в этом случае выбирается из соображений легкости намотки, размеров окна в сердечнике и получения возможно малого сопротивления обмотки по сравнению с сопротивлением нагрузки.

При мощностях в импульсе более киловатта поперечное сечение проводов обмоток выбирается по допустимой плотности тока.

Предварительные значения поперечных сечений проводов первичной и вторичной обмоток:

[мм²], [мм²],

где I_1эф и I_2эф берутся из пункта 3.2.1.

Окончательное значение сечений и диаметров этих проводов выбирают по ближайшим данным из Приложения 1:

q₁ = ... мм², ... мм, q₂ = ... мм², ... мм.

В маломощных импульсных трансформаторах небольшая плотность тока в проводах обмоток по условиям допустимого нагрева может быть принята в следующих пределах:

j = 2 ÷ 3 А/мм² – при естественном воздушном охлаждении,

j = 4 ÷ 7 А/мм² – при естественном масляном охлаждении.

В некоторых случаях по условиям укладки проводов на стержне приходится отступать в сторону меньших значений плотностей тока, чем указанные.

3.2.7. Укладка обмоток и уточнение размеров
окна сердечника трансформатора

Для получения возможно малой индуктивности рассеяния и уменьшения распределенной емкости между обмотками импульсного трансформатора, эти обмотки следует выполнять по возможности однослойными или малослойными. В маломощных трансформаторах этого типа при мощностях в импульсе до нескольких сотен киловатт обмотки удается обычно выполнять однослойными и реже двухслойными.

При однослойном выполнении первичной обмотки и размещении ее на двух стержнях сердечника трансформатора (рис. 3.8) длина, занимаемая ею по высоте стержня, будет:

[см],

где W₁ берется из пункта 3.2.5, d_1и – из пункта 3.2.6.

Рис. 3.8. Основные размеры импульсного трансформатора

При размещении обмоток на одном стержне

[см].

Высота окна сердечника трансформатора

[см],

где ε₁ – расстояние от обмоток до ярма (см), определяемое высшим напряжением обмоток (табл. 13).

Табл. 13

Расстояние от обмотки до ярма в зависимости от напряжения

Высшее напряжение, кВт	Расстояние от обмотки до ярма ε1, см
до 0,5	0,1 – 0,2
0,5 – 2,0	0,2 – 0,6
3,0 – 6,0	0,8 – 1,2
свыше 6,0 до 12,0	1,4 – 1,8

Толщина первичной обмотки

[см].

Число витков вторичной обмотки в одном слое

[см],

где d_1и – из пункта 3.2.6.

Число слоев вторичной обмотки при размещении ее на двух стержнях

;

при размещении ее на одном стержне

.

Здесь обычно уточняется диаметр провода d_1и так, чтобы можно было получить один или два полных слоя вторичной обмотки на длине l₁.

Толщина вторичной обмотки

[см],

где W₂ берется из пункта 3.2.5.

При импульсном режиме работы трансформатора для уменьшения искажения прямоугольных импульсов напряжения необходимо, чтобы трансформатор обладал возможно малыми паразитными параметрами обмоток – индуктивностью рассеяния их L_s и распределенной емкостью С_р. В этом случае волновое сопротивление обмоток импульсного трансформатора будет равно

[Ом],

где индуктивность рассеяния первичной и вторичной обмоток, приведенная к первичной по рассчитывается известной формуле

[Гн],

и распределенная емкость между обмотками при однослойном или двухслойном исполнении их по формуле плоского конденсатора:

[Ф];

при этом:

δ₁₂ – толщина изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора, см;

l_w – средняя длина витка обмоток, см;

l_s – общая длина витка обмоток по высоте стержней сердечника, см; при расположении обмоток на одном стержне l_s ≈ l₁, на двух – l_s ≈ 2l₁.

ε = 3 ÷ 4 – диэлектрическая проницаемость изоляции.

Максимальный коэффициент передачи энергии импульса при заданных значениях длительности импульса и сопротивления нагрузки R_н теоретически будет при условии равенства волнового сопротивления трансформатора и приведенного сопротивления нагрузки:

.

Тогда пренебрегая толщинами обмоток δ₁ и δ₁, получим приближенно следующее значение толщины изоляции между обмотками импульсного трансформатора:

[см],

где – активное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке:

.

Однако по условиям электрической прочности изоляции между обмотками на практике нередко приходится отступать от полученого значения δ₁₂ в сторону увеличения.

Ширина окна сердечника трансформатора при размещении обмоток на двух стержнях (см. рис. 3.8) будет равно:

[см],

где см – толщина изоляции между обмоткой и стержнем (см), выполняемой обычно из электрона;

ε₂ – расстояние между нагружными поверхностями обмоток (см), определяемое по табл. 14

Табл. 14

Расстояние между обмотками соседних стержней в зависимости от напряжения

Высшее напряжение, кВт	Расстояние между обмотками соседних стержней ε2, см
до 0,5	0,1 – 0,2
0,5 – 2,0	0,2 – 0,4
3,0 – 6,0	0,6 – 0,8
свыше 6,0 до 12,0	1,0 – 1,4

Отношение высоты окна сердечника к ширине его обычно составляет

.

Длина ярма:

[см],

Общая длина магнитопровода сердечника трансформатора изначально будет равна:

[см],

где a_c берется из пункта 3.2.4.

H – высота окна сердечника, см.

Окончательное значение отношения поперечного сечения стержня S_c к длине магнитопровода l будет:

,

где S_c берется из пункта «Выбор индукции
в стержне сердечника автотрансформатора» п. 3.2.4.