Среднее значение тока первичной обмотки

I_1ср = (I_1m-ΔI₁/2) .

Действующее значение переменной составляющей тока первичной обмотки

Действующее значение тока первичной обмотки первичной обмотки

(109)

При наличии нескольких вторичных обмоток они должны быть распределены таким образом, чтобы среднеквадратичное значение плотности тока в них было одинаково для обеспечения однородного распределения мощности в обмотках [4].

Увеличение числа витков W₁ приводит к уменьшению предварительно взятого значения В_max или ΔВ_М и к уменьшению потерь в сердечнике.

При расчете параметра S_oкS_c по формуле (106) необходимо предварительно задаться величиной плотности тока j_max в пределах 2–3 А/мм², причем большие значения плотности тока следует выбирать для трансформаторов меньшей мощности. После выбора сердечника следует уточнить допустимую для принятого перепада температуры в трансформаторе величину плотности тока j_θ по формуле (88) и сравнить ее с принятым ранее значением j_max. В случае существенного различия значений этого параметра необходимо провести заново расчет параметра S_oкS_c с новым значением j_max.

Таблица 6

Значения коэффициентов k_зап, k_р и k₁ для трансформаторов ООП

Режим работы трансформатора	kзап	kр	k1=kзап kр
Трансформаторы обратного хода в непрерывном режиме	0,4	0,5	0,2
Трансформатор обратного хода в режиме прерывистого тока	0,4	0,5	0,2

Сначала определяется число витков первичной и вторичной обмоток.

Минимальное число витков первичной обмотки определяется по следующим формулам:

– при ограничении индукцией насыщением В_нас

W_1min= (L₁I_1m10⁴)/(S_cB_max); (108)

– при ограничении потерями в сердечнике

W_1min= (L₁ΔI₁ 10⁴)/(S_cΔB). (109)

Воспользовавшись значением k_тр, определенным по формуле (102), определим число витков вторичной обмотки W₂:

W₂=W₁/k_тр.

Отношение площадей проводника первичной и вторичной обмоток выбирается равным отношению среднеквадратичных токов в этих обмотках, чтобы плотность тока была везде одинакова.

Для получения хорошей связи между обмотками каждая обмотка должна занимать всю высоту окна. Если витки в плотно намотанной обмотке не занимают всю высоту окна, то обмотку надо разрядить. Однако при этом ухудшается использование площади окна и увеличиваются потери на вихревые токи, особенно если диаметр провода приближается к удвоенной глубине проникновения. Чтобы избежать этого, предпочтительно заменить провод большого диаметра несколькими запараллеленными проводами, которые заполнят доступную площадь намного более компактно и позволят уменьшить потери на вихревые токи.

Например, предположим, что мы имеем плотно намотанную обмотку с числом витков W провода диаметром d и занимающую только половину доступной высоты окна сердечника магнитопровода.

Толщина слоя обмотки равняется d. Если эту обмотку разрядить, то связь с другими обмотками улучшится, но толщина останется та же, что приведет к удвоению занимаемого объема. Если же один провод заменить четырьмя запараллеленными проводами, с площадью поперечного сечения каждого q/4, диаметром d/2, с тем же количеством витков W (плотно прижатыми друг к другу, как если бы они были один провод), то они займут точно всю высоту окна, но высота обмотки при этом будет только d/2, что уменьшит потери на вихревые токи и индуктивность рассеяния. В предельном случае для обмоток на большие токи в качестве проводников необходимо использовать один или два витка тонкой медной фольги.

Соотношение между общим среднеквадратичным током в любой обмотке, I₁, и его постоянной, I_1ср, и переменной, I_1АC, составляющими определяется

(110)

При расчете потерь в обмотках использовалось среднеквадратичное значение общего тока и сопротивление обмотки постоянному току, R_DC. Однако сопротивление переменному току, R_AC, может оказаться намного больше вследствие скин-эффекта, заставляющего переменную составляющую течь только в небольшой поверхностной части общей проводящей площади. Отношение R_AC/R_DC называется коэффициентом сопротивления и обозначается F_R, т.е. F_R=R_AC/R_DC. Потери на вихревые токи обусловлены только среднеквадратичным значением переменной составляющей тока I_AC, которая протекает по обмотке с повышенным для этой переменной составляющей активным сопротивлением обмотки, R_AC.

В трансформаторах обратного хода, работающих в режиме непрерывного тока, переменная составляющая магнитного потока невелика, что соответствует небольшим потерям в магнитопроводе. Однако переменная составляющая тока в каждой обмотке весьма велика, потому что направление тока непрерывно меняется при передаче энергии от первичной обмотки к вторичным обмоткам, что вызывает существенные потери на вихревые токи в проводах обмоток.

На величину электрических потерь в обмотках может оказывать так называемый эффект близости.

Эффект близости вызывается переменной составляющей магнитного поля, существующей между первичной и вторичной обмотками [4]. Это переменное поле наводит циркулирующие переменные токи внутри каждого проводника, которые в одних местах складываются с постоянной составляющей, а в других вычитаются, что приводит к увеличению электрических потерь в обмотках. Для борьбы с этим эффектом либо уменьшают циркулирующие токи, применяя более тонкие запараллеленные провода и тонкую медную фольгу, либо уменьшают величину магнитного поля. Последнее достигается использованием сердечника с более высоким окном, что позволяет увеличить число витков в слое и соответственно уменьшить число слоев, или чередованием обмоток, помещением одной половины витков первичной обмотки внутри вторичной обмотки, а другой — снаружи. Наиболее сложным в этой методике является расчет теплового сопротивления R_т при естественном охлаждении, определяющее перепад температур в зоне нагрева. Значение R_т сильно зависит от конструкции корпуса преобразователя, в котором установлен трансформатор, размера и местоположения охлаждающих вентиляционных отверстий, соотношения между горизонтальными и вертикальными размерами поверхностей установки (эффект дымохода), а также наличием принудительного охлаждения.

Известно, что критерием истины является практика, поэтому для проверки точности расчета коэффициента R_т и теплового расчета трансформатора в целом можно рекомендовать экспериментальную проверку теплового режима спроектированного и изготовленного преобразователя. Для определения реального значения температуры в наиболее нагретой точке сердечника трансформатора необходимо поместить чувствительную термопару в середине центрального стержня и проверять перепад температур при условиях работы преобразователя, близких к рабочим.