6.5. ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ С РАЗРЕЗНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ

Для генерации радиоимпульсов сложной структуры широко применяются магнетронные усилители - амплитроны. Эти приборы генерируют радйоимпульсы мощностью до 10 МВт, имеют высокий КПД, Требуют относительно небольшого (30 ... 60 кВ) напряжения импульсного электропитания и могут работать в широком диапазоне длительности импульсов. Для предотвращения паразитных низковольтных колебаний длительность фронта и среза импульса электропитания должна быть минимальной [38]. Вследствие большой емкости между

анодом и катодом, что свойственно всем приборам магнетронного типа, трансформаторная цепь с такими приборами обычно имеет емкостную реакцию.

В качестве более или менее характерного примера рассмотрим проектирование ИТ для работы в составе источника импульсного электропитания амплитрона при следующих исходных данных: мощность импульса 4 МВт; напряжение на первичной и вторичной обмотке 24 и 60 кВ; длительность импульса 10 мкс; длительность фронта импульса 0,2 мкс, что являлся весьма жестким требованием; общая неравномерность вершины не более частота повторения импульсов 100 Гц; емкость амплитроча 200 пФ; генератор — жесткого типа, емкость генератора 240 пФ (при условии применения в нем коммутатора из двух параллельно работающих импульсных модуляторных ламп типа ГМИ-34); индуктивность монтажа первичной и вторичной цепи — по 0,5 мкГн. Планируется производство ИТ крупной серией, и поэтому конструкция должна быть максимально простой и технологичной. Вследствие относительно малой мощности ИТ КПД его имеет второстепенное значение.

Требования конструктивной простоты и технологичности ИТ в сочетании с относительно малой (40 Дж) энергией импульса делает весьма желательным применение МС разрезного типа, производство которых освоено предприятими электротехнической промышленности. Для проверки возможности применения такой МС оценим необходимый ее объем.

При относительно неболышх напряжениях на обмотках целесообразно применение в ИТ конических обмоток (рис. 6.12) с бумажномасляной изоляцией схемой по рис. 6.6. В связи с необходимостью выбора стандартизованной МС предварительные расчеты носят оценочный характер и допустимо пренебрежение второстепенными факторами. По этим причинам принимаюся близкие к реальным для конических обмоток коэффициенты также Ввиду требования о минимальное удлинении фронта импульса принимается оптимальный для режима с коэффициентом (при линейной нагрузке) коэффициент затухания трансформаторной цепи Впоследствии, так как амплитрон представляет собой нагрузку с сильно выраженными нелинейными свойствами, значение должно быть уточнено. Для получения минимальногс объема МС из стали 3425 принимается максимальное допустимое этой стали приращение индукции Расчет объема по формуле (5.2) при обычном для разрезных МС коэффициенте заполнения сечения сталью 0,9 дает значение объема, при индуктивной и емкостной реакции трансформаторной цепи 179 и 1860 соответственно. Из рассмотрения табл. 6.2 можно заключить, что максимальный объзм магштопроводов типа ПЛ равен Таким образом, в данном спуч возможно спроектировать ИТ с разрезной МС, и поэтому дальнейшие расчеты ориентированы на МС этого типа.

Из исходных данных следует, что без учета КПД коэффициент трансформации ИТ равен 2,5; приведенное к числу витков первичной обмотки сопротивление нагрузки 144 Ом; эффективные токи в проводах первичной и вторичной обмотки 5,3 и 2,1 А.

Для расчета электромагнитных параметров схемы замещения по графикам на рис. 3.22 и 3.23 определяется относительная длительность фронта импульса. Из условия минимального удлинения фронта и отсутствия выброса на фронте для индуктивной и емкостной реакции трансформаторной цепи находим 3 и 2 соответственно. С учетом этих значений по формулам (3.45) -(3.48) рассчитываются электромагнитные параметры схемы замещения ИТ: при индуктивной реакции индуктивность рассеяния 19,6 мкГн, емкость 1215 пФ, при емкостной реакции индуктивность рассеяния 3,01 мкГн, емкость 1990 пФ. Таким образом, ИТ реализуем только при емкостной реакции трансформаторной цепи, и поэтому дальнейшие расчеты ориентированы на емкостную реакцию.

С учетом ориентировочного объема МС при емкостной реакции определенная по формуле (5.6) толщина ленты МС должна быть менее

0,077 мм. Таким образом, для получения допустимого снижения напряжения на вершине импульса выбирается лента толщиной 0,05 мм.

Расчет диаметра проводов обмоток по формуле (5.7) при плотности тока с учетом распределения токов по секциям обмоток (см. рис. 6.6) приводит к мм и мм.

Изоляцию обмоток целесообразно выполнить в соответствии с рис. 6.9. Толщину изоляции между МС и первичной обмоткой для создания масляных каналов следует нрянять 1 см, имея в виду, что каркас первичной обмотки будет установлен на клиньях. Толщину изоляции между обмотками с учетом согласного включения обмоток и некоторого эксплуатационного запаса можно принять равной 0,4 см, условную толщину главной изоляции — 0,6 см, что соответствует поперечной напряженности электрического поля . С учетом конической конструкции обмоток и принятого размера изоляционных промежутков коэффициент

Расчет сечения МС, числа витков в обмотках и длины намотки по формулам (5.11) (5.13) дает следующие результаты:

Выбирается магнитопровод типа ПЛ 40 X 80-200, далее проводятся поверочные расчеты, в результате которых принимается

Суммарная высота стержней магнитопровода ПЛ 40 X 80-200 составляет 0,4 м, что несколько больше расчетной. Однако увеличение высоты стержней полезно, так как позволяет увеличить длину намотки и тем повысить продольную электрическую прочность ИТ. Некоторое увеличение емкости при этом, и уменьшение индуктивности рассеяния обмоток также полезно, так как при емкостной реакции приводит к увеличению коэффициента затухания и уменьшению выброса

напряжения на фронте импульса. Из этих соображений принимается максимальная возможная длина, намотки 0,38 м, т. е. длина одной секции вторичной обмотки 95 мм.

Первичную обмотку с учетом длины секций для уменьшения потерь и индуктивности рассеяния целесообразно выполнить из четырех параллельных проводов ПЭВ-2 диаметром 0,71 мм (0,79 мм в изоляции), а вторичную - из двух параллельных проводов той же марки диаметром 0,50 мм (0,57 мм в изоляции).

С учетом размера изоляционных промежутков и диаметра проводов средний периметр намотки равен 0,34 м. Расчет индуктивности рассеяния и суммарной емкости обмоток по формулам (4.31) - (4.33) дает результат 2,25 мкГн и 1642 пФ, что меньше допустимых из электромагнитного расчета. При этих значениях коэффициент затухани? равен 0,55, а удлинение фронта примерно 0,15 мкс. Выброс напряжения на фронте импульса при этом имеет примерно 3%, что больше оговоренного исходными данными. Устранить выброс целесообразно посредством корректирующей цепи, которая всегда используется в установках импульсного электропитания приборов магнетронного типа вследствие значительного разброса параметров последних.

Расчет потерь мощности и кажущейся магнитной проницаемости МС по формулам (2.18) и (2.19) дает 107 Вт и 6400. При такой магнитной проницаемости индуктивность намагничивания ИТ равна 33 мГн, а снижение напряжения на вершине импульса 0,87%, что вдвое меньше допустимого.

Согласно расчету потери в обмотках равны 115 Вт, а энергия, накапливаемая в электромагнитных параметрах схемы замещения, - 80 Дж. С учетом всех видов потерь и накапливаемой энергии КПД ИТ равен 0,96%, что является хорошим результатом.

Тепловые расчеты показывают, что ИТ может работать при частоте повторения импульсов до 230 Гц.

Удельный объем МС велик - что является следствием относительно большой емкости амплитрона, вызвавшей емкостную реакцию трансформаторной цепи и весьма жестких требований к удлинению фронта трансформированного импульса.