ГЛАВА ШЕСТАЯ. ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ СО СТЕРЖНЕВОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ

6.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТЕРЖНЕВЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМАХ

В ИТ применяются стержневые МС шихтованного, витого и разрезного типа.

Шихтованные МС изготовляются из листов электротехнической стали марок 3404—3408 толщиной 0,27 ... 0,35 мм. Такие МС применяются в мощных ИТ при длительности импульсов более 100 мкс. В отдельных случаях, когда к снижению напряжения на вершине импульса и потерям мощности в МС не предъявляются особо высокие

требования, такие МС могут применяться и при меньшей длительности импульсов. Обычно это бьюает при работе ИТ с большой скважностью или в моноимпульсном режиме. Промышленность выпускает тонколистовые горячекатанные стали, например марки 1521 с толщиной листа 0,10 . .. 0,22 мм. По электромагнитным параметрам эти стали пригодны для МС ИТ при длительности импульсов 10 ... 100 мкс. Однако изготовление МС, особенно крупногабаритных, шихтованного типа из тонколистовых сталей сопряжено с относительно большими технологическими трудностями. Поэтому при длительности импульсов менее 100 мкс предпочтение обычно отдается МС витого типа из лент электротехнической стали марок 3421 -3425.

Конструктивное исполнение и технология изготовления шихтованных МС для ИТ такие же, как и для силвых трансформаторов. Так же как и в силовых трансформаторах, при требуемой площади поперечного сечения стрежней МС менее применяют стержни квадратного или близкого к нему прямоугольного сечения. Если требуется площадь больше форму сечения выбирают в виде симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность диаметра который называется диаметром стержня. Такое круговое сечение стержня без охлаждающих каналов и с ними приведено на рис. 6.1 и 6,2.

Рис. 6.1. Круговое сечение стержня магнитной системы без охлаждающих каналов

Рис. 6.2. Круговое сечение стержня магнитной системы с охлаждающими каналами

Диаметр стержня является базовым размером МС, подлежащим расчету. Конструктивные параметры стандартизованных стержней кругового сечения приведены в табл. 6.1.

Ступенчатое сечение образуется за счет набора стержня из пластин разной ширины, собранных в отдельные пакеты. Число ступеней, т. е. число пакетов в одной половине круга, может достигать 16, но в мощных ИТ обычно не превышает 8.

Таблица 6.1. (см. скан) Конструктивные параметры стержней кругового сечения

С увеличением числа ступеней повышается коэффициент заполнения площади круга сталью, но усложняется конструкция МС.

Витые МС изготовляются из лент электротехнической стали марок 3421—3425 толщиной 0,05, 0,08 и 0,15 мм стандартной ширины — от 16 до 80 мм, градации которой приведены ниже:

Толщина ленты, мм:

Собственно МС составляется либо из одного витого магнитопровода, если ее сечение не очень велико, либо из нескольких одинаковых магнитопроводов. Форма магнитопроводов показана на рис. 1.6-1.8. Если в МС несколько магнитопроводов, то между ними при сборке оставляются масляные охлаждающие каналы, как показано на рис. 6.3. Из витых магнитопроводов можно компоновать МС и кругового

сечения, как показано на рис. 6.4. Однако для этого нужны магнитопроводы разного размера, навитые из лент разной ширины. Это существенно усложняет конструкцию, и такие МС не всегда целесообразны.

Рис. 6.3. Прямоугольное сечение стержня магнитной системы из витых магнитопроводов

Рис. 6.4. Круговое сечение стержня магнитной системы из витых магнитопроводов

Производство витых магнитопроводов требует комплекса специального оборудования, на котором производятся такие операции, как рчистка и обезжиривание ленты, покрытие ее изолирующим и склеивающим составом, который выдерживает высокую температуру при отжиге, навивка и формовка на специальных оправках, сушка и отжиг в вакуумных, водородных или заполненных инертным газом печах [33—35]. Таким образом, высокое качество изготовления витых магнитопроводов возможно только в условиях специализированного производства с относительно сложной технологией, и поэтому целесообразна соответствующая кооперация, особенно если МС большого размера. Главным фактором, ограничивающим возможности производства крупногабаритных МС, являются размеры печей для отжига.

В мощных ИТ большей частью применяются витые МС из нескольких неразрезных магнитопроводов, разделенных охлаждающими каналами, как показано на рис. 6.3. Для этого наиболее важного практического случая надо создать условия, при которых обеспечивается нормальный тепловой режим» МС. Теплота эффективно отводится только от боковых поверхностей магнитопроводов, поэтому из формул (2.18), (5.26) и общих геометрических представлений можно установить, что тепловая нагрузка поверхности МС определяется только одним размером магнитопровода — шириной ленты Формула, связывающая ширину ленты с режимом работы МС, электромагштными параметрами ленты, ее толщиной и удельной тепловой нагрузкой на боковую поверхность каждого магнитопровода, имеет следующий вид:

Обращает на себя внимание то, что ни число магнитопроводов, ни их форма не определяет ширину ленты, т. е. формула (6.1) позволяет рассчитать ширину

ленты магнитопровода любой формы, например тороидальной. Так как обеспечение нормального теплового режима МС является безоговорочным требованием, то перед началом проектирования ИТ целесообразно установить необходимую ширину ленты. Как видно из формулы (6.1), приемлемая ширина ленты может быть получена практически только двумя способами: уменьшением ее толщины

Таблица 6.2. (см. скан) Магиитопроводы стержневые ленточные типа ПЛ

Таблица 6.3. (см. скан) Магнитопроводы броневые ленточные типа ШЛ

или приращения индукции. Первое усложняет изготовление магнитопроводов, уменьшает коэффициент заполнения сечения сталыо и удорожает МС. Второе приводит к резкому увёличению объема МС. Таким образом, оба способа ухудшают технико-экономические показатели ИТ, однако являются практически единственными для нормализации теплового режима МС.

Конструировать ИТ малой и средней мощности целесообразно со стандартизованными витыми разрезными МС стержневого или броневого типа, ПЛ и ШЛ соответственно. Форма таких МС показана на рис. 1.6-1.8, а основные конструктивные размеры приведены в табл. 6.2 и 6.3.