5.5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ В ОБМОТКАХ

В ИТ, так же как и в силовых трансформаторах, вследствие взаимодействия магнитного поля рассеяния с токами в витках обмоток возникают механические силы, стремящиеся деформировать обмотки. В ИТ, традиционно применяющихся в радиолокационных устройствах, ускорителях заряженных частиц и другой, относительно маломощной импульсной аппаратуре, которая работает в режимах с большой скважностью импульсов, эти силы обычно невелики и не принимаются во внимание. Однако в ИТ, предназначенных для весьма мощных импульсных установок, как, например, для аппаратуры термоядерного синтеза когда токи в обмотках весьма велики, а скважность импульсов относительно мала, механические силы могут быть значительными и, по крайней мере, ориентировочно их следует оценивать.

На основании работы [29] можно показать, что применительно к ИТ суммарная импульсная сила, действующая на все витки одной из обмоток, например первичной, определяется формулой

где - обобщенная координата - перемещение витков обмотки под действием силы.

Используя общие выражения (5.9) и (5.23), для расчета импульсных сил, деформирующих обмотки в осевом и радиальном направлениях, можно получить следующие формулы:

Средние силы, действующие на обмотки, определяются эффективным значением токов в обмотках и поэтому могут быть получены посредством деления импульсных сил на скважность импульсов. Силы, действующие на каждый виток обмоток, в первом приближении должны быть меньше в число раз, равное числу витков.

Осевая сила сжимает витки обмоток, поэтому не препятствует применению конических обмоток, "заклинивая” витки на каркасе. Радиальная сила сжимает витки первичной обмотки и разрывает витки вторичной. Помимо этих усредненных проявлений действия сил при низкой частоте повторения импульсов возникает вибрация витков и обмоток в целом. При больших токах вибрация может представлять определенную опасность и привести к разрушению обмотки, особенно если возникнет механический резонанс. Однако расчет вибраций требует специальных исследований и разработки соответствующих методик, которые пока отсутствуют.