1.Исходные данные

Номинальная мощность: Р_ном =10 МВт;

Амплитуда выходного напряжения: U₂ = 30 кВ;

Длительность фронта импульса: τ_ф = 0,8 мкс;

Длительность импульса: _и = 8 мкс;

Допустимый выброс напряжения на фронте: U₂ = 0,05;

Спад напряжения на вершине импульса: U₂ = 0,05;

Частота повторения импульсов: F = 100 Гц;

Рекомендация: в качестве коммутатора используется тиратрон

Полярность импульса: положительная.

Схема с импульсным трансформатором представлена ниже:

Исходные данные дополняются параметрами, необходимыми в расчете, которые могут отсутствовать в явном виде исходных данных, но могут быть определены из простых соотношений:

Выбираем коэффициент трансформации n = 3;

Напряжение на входе трансформатора:

.

Ток в цепи нагрузки:

.

Ток в первичной цепи:

.

Сопротивление нагрузки:

.

Сопротивление генератора (волновое сопротивление формирующей линии).

.

Коэффициент 1,06 вводится для улучшения условий гашения тиратрона. Наибольшее рассогласование вызывает появление обратного напряжения на аноде, что облегчает гашение тиратрона.

Скважинность:

.

Средний ток, протекающий через коммутатор:

.

Средняя мощность установки:

.

Если для формирования импульсов напряжения используется искусственная длинная линия с конечным числом ячеек m, то необходимо учитывать влияние длинной линии. Если принимаем m = 10, то длительность фронта импульса _Ф.Л = _Ф.1, формируемого линией, может быть определена как

.

Мощность импульса в лампе:

;

По данным производим выбор тиратрона ТГИ1 – 500/20 [ 5, с. 585]

Данные ТГИ:

2.ВЫБОР СХЕМЫ И ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Выбор схемы обмоток трансформатора заключается, в основном, в определении слоев первичной и вторичной обмоток, числа параллельных проводников в обмотках, характера соединения обмоток, размещения обмоток на стержнях (на одном или на двух), в выборе изоляционных промежутков между магнитопроводом, обмотками и слоями обмоток импульсного трансформатора.

Размеры изоляционных промежутков прежде всего будут влиять на электрическую прочность трансформатора, кроме того, они определяют индуктивность рассеяния L_S, распределенную емкость C_S, волновое сопротивление трансформатора Z, коэффициент согласования сопротивления нагрузки и волнового сопротивления трансформатора q.

Малые размеры обмоток импульсного трансформатора могут быть получены при выборе максимальной допустимой напряженности электрического поля для принятого типа изоляции обмоток.

Однако изменение размеров изоляционных промежутков существенно не влияет на длительность фронта импульса, так как при увеличении C_S уменьшается L_S, и наоборот. Изменение размеров влияет на коэффициент согласования и коэффициент передачи энергии [2].

Т.к. номинальное напряжение трансформатора U_ном =30 кВ то выбираем маслонаполненные импульсные трансформаторы.

В качестве изоляции обмоток применяется кабельная бумага в комбинации с синтетической пленкой. Использование только синтетических пленок нежелательно из-за низкой трекингостойкости большинства синтетических материалов и сложности полного удаления воздушных включений из изоляции при пропитке обмотки трансформаторным маслом. Оставшиеся воздушные включения являются очагами ионизации, приводящей к выходу изоляции из строя.

Рис. 1 – Схематическая конструция маслонаполненного импульсного трансформатора.

На рис. 1 приведена схематическая конструкция трансформатора с изоляцией такого типа и однослойными обмотками. Первой по отношению к сердечнику обычно располагается обмотка низкого напряжения, т.к. это уменьшает общую динамическую емкость трансформатора. Толщины изоляционных промежутков рассчитываются исходя из действующих между обмотками максимальных напряжений.

При выборе числа слоев следует стремиться к получению минимально возможной разности потенциалов между слоями, к равномерному распределению напряжения между слоями и простоте исполнения обмоток.

Обмотка низковольтной стороны трансформатора выполняется однослойной, при этом указанные выше условия достигаются, если число слоев обмотки высоковольтной стороны равно коэффициенту трансформации. Поэтому число слоев вторичной обмотки ₂ = n = 3.

Разность потенциалов на слой первичной обмотки:

ΔU₁ = U₁/₁ = U₁ = 10 кВ.

Разность на слой вторичной обмотки:

ΔU₂ = U₂/₂ = 30/3 = 10 кВ.

Для выбора размера изоляционных промежутков можно воспользоваться ориентировочными, принятыми из наиболее неблагоприятных условий, значениями допустимой напряженности электрического поля. Для бумажно-масляной изоляции и изоляции в виде масляных промежутков Е_ДОП = 5 кВ/мм, по пути поверхностного разряда = 2  3 кВ/мм.

Т.к. разности потенциалов на слой первичной и вторичной обмоток равны между собой поэтому толщина слоя изоляции первичной и вторичной обмоток одинакова.

Минимальная толщина слоя изоляции первичной и вторичной обмоток:

Принимаем толщину изоляции:

Выбирается бумажно – масляную изоляцию, ε=4.5.

Длина пути поверхностного разряда равна d = 2h’ + Δ₁₂.

С другой стороны минимальная длина пути поверхностного разряда определяется по формуле:

Тогда допуск рассчитаем по формуле:

Конструкция обмоток, характер их соединения, расположение обмоток на одном или на двух сердечниках зависит от многих факторов, в том числе от мощности трансформатора, требованиям к индуктивности рассеяния и распределенной емкости обмоток.

В данном случае размещаем обмотки на двух стержнях с параллельным соединением первичных и вторичных обмоток, выполненных из проводов в раз меньшего диаметра. При параллельном соединении обмоток, размещенных на двух стержнях, индуктивность рассеяния уменьшается, а распределенная емкость увеличивается в два раза. Эти изменения практически не изменяют длительность фронта, но волновое сопротивление Z трансформатора и коэффициент согласования q уменьшаются в два раза. Размещение обмоток на двух стержнях облегчает тепловой режим обмоток трансформатора.