Импульсный трансформатор (стр. 4 из 5)
= 2,346 + 2·0.2= 2.946 (см) (2.19)Находим толщину первичной обмотки:
δ1= d1и = 0.1020 (см) (2.20)
Число витков вторичной обмотки в одном слое:
= 2.346 / 0.58 = 40 (2.21)Определяем число слоев вторичной обмотки при размещении ее на одном стержне
= 69 / 40= 1.725 (2.22)Определяем толщину вторичной обмотки:
= 1.725·0.58 = 0.1 (см) (2.23)Определяем сопротивление нагрузки:
= U2 / I2 = 1800 / 7.22 =249 (Ом) (2.24)Найдем активное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке
= 249 
2= 22.4 (Ом) (2.25)Рассчитываем толщину изоляции между обмотками
= 
= 0.01(см) (2.26)где ls= l1 – общая длина обмоток по высоте стержня сердечника;
ε = 4 – диэлектрическая проницаемость изоляции.
В качестве изоляции между обмотками возьмем лакоткань ЛШС толщиной δ12 ГОСТ 2214-66.
Определяем ширину окна сердечника трансформатора при размещении обмоток на одном стержне:
= 0.3 + 0.102+ 0.01 + 0.1+ 0.2 = 0.712 (см) (2.27)где ε0 = 0.3 (см) – толщина изоляции между обмоткой и стержнем;
ε2 = 0.2 (см) – расстояние обмотки до необмотанного стержня.
Отношение высоты окна сердечника к его ширине обычно находится в пределах k = H/C=2…3.
Найдем отношение высоты окна сердечника к его ширине:
= 2.946 / 0.712 = 3 (2.28)Определяем длину ярма:
= 0.712 + 2·1.2 = 3.1 (см) (2.29)Находим общую длину магнитопровода сердечника:
=2·(2.946 + 3.1) = 12 (см) (2.30)Находим окончательное значение отношения поперечного сечения стержня Sc к длине магнитопровода L:
=2. 3 /12 = 0.19 (2.31)Ψ = 0.19 – в указанных пределах, следовательно, расчет выполнен правильно.
2.8 Средние длины витков обмоток трансформатора
В импульсных трансформаторах поперечное сечение стержня выполняется прямоугольной формы. Поэтому при однослойных или двухслойных цилиндрических обмотках средние длины витков можно представить в виде:
– для первичной обмотки:
=2·(1.2 + 1.55 + 4·0.3 + 2·0. 1)=8.3 (см) (2.32)– для вторичной обмотки:
= 2·[1.2 + 1.55 + 4·(0.3 + 0.1 + 0.01) + 2·0.1] = 9.18 (см). (2.33)– для обеих обмоток:
=( 8.3 + 9.18)/2 = 8.74 (см) (2.34)2.9 Масса меди и активные сопротивления обмоток
Находим массу меди для первичной обмотки:
Gк1=8.9·W1·g1·lw1·10-5 = 8.9·23·0.724·8.3·10-5 = 0.012 (кг)(2.35)
Находим массу меди для вторичной обмотки:
Gк2=8.9·W2·g2·lw2·10-5 = 8.9·69·0.22·9.18·10-5 = 0.013 (кг) (2.36)
Находим общую массу меди обмоток:
= 0.012 + 0.013 = 0.025 (кг) (2.37)Определим активное сопротивление первичной обмотки трансформатора:
=1.22·23·8.3 / 5700·0.724 = 0.05 (Ом) (2.38)Определим активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора:
=1.22·69·9.18 / 5700·0.22 = 0.62 (Ом). (2.39)2.10 Потери в обмотках
В обмотках импульсных трансформаторов проходят короткие прямоугольные импульсы тока, и поэтому потери в них обуславливаются не только омическим сопротивлением, но также явлением поверхностного эффекта в проводах и влиянием тока наводки в них при прохождении по обмоткам тока импульса.
Определяем средние потери мощности в обмотках
= 1.432·0.05 = 0.1 (Вт) (2.40) 
= 0.432·0.62 = 0.12 (Вт) (2.41) 
= 0.1 + 0.12 = 0.22 (Вт) (2.42)2.11 Масса материала сердечника
Находим массу сердечника трансформатора стержневого типа
= 7.6·2. 3·12·10-3 = 0.2 (кг). (2.43)2.12 Магнитные потери в сердечнике
Средние потери на вихревые токи в материале сердечника импульсного трансформатора:
= 650·1.8·10-6·0.0182·12·6002/12·232·2. 3·0.6·10-4= 0.3 (Вт). (2.44)где δс – толщина листа сердечника, см;
ρс – удельное электрическое сопротивление материала сердечника, Ом·см2/см;
Sc – поперечное сечения стержня сердечника, см2;
l – общая длина магнитопровода сердечника, см.
Находим среднюю мощность намагничивания материала сердечника импульсного трансформатора:
= 232·0.095·2. 3·10-4 / 12= 0.9·10-3 (Гн), (2.45)где L1 – общая индуктивность первичной обмотки трансформатора.
= 650·6002·(1.8·10-6)2/0.9·10-3·2 = 0.04 (Вт). (2.46)2.13 Коэффициент полезного действия трансформатора
При передаче импульсов энергия, затрачиваемая за это время на намагничивание сердечника является энергией потерь, поэтому КПД импульсного трансформатора определяется как
= 15.21·100 / 15.21 + 0.3 + 0.04 + 0.22 = 86, (2.47)где Pср – средняя отдаваемая мощность, Вт;
Pк – суммарные средние потери в обмотках, Вт;
Рвх – средние потери на вихревые токи, Вт;
Рм – средние потери на намагничивание, Вт.
2.14 Намагничивающий ток трансформатора
Намагничивающий ток состоит из двух составляющих – действительного намагничивающего тока и составляющей, компенсирующей влияние размагничивающего действия вихревых токов в сердечнике трансформатора. Сумма этих составляющих называется током кажущегося намагничивания. Определим намагничивающий ток
= 1.8·10-6·12·10-2·600/ 0.095·232·2. 3 = 0.8 (А) (2.48)где l – общая длина магнитопровода сердечника, см;
μΔ – магнитная проницаемость материала;
Sс – поперечное сечение стержня сердечника, см2.
2.15 Коэффициент плоской части импульса
Проверяем коэффициент плоской части импульса
= 0.88 / 22 = 0.04 (2.49)Сравнивая его с исходным λ = 0.04 приходим к выводу, что расчет был произведен правильно.
2.16 Проверка трансформатора на нагревание
Так как потери в обмотках малых трансформаторов относительно малы по сравнению с магнитными потерями в сердечнике, то нагрев обмотки практически не представляет опасности и расчетную проверку их температуры можно не производить. Основные потери энергии в рассматриваемых трансформаторах сосредоточены в их сердечнике, что приводит к заметному нагреванию трансформатора.
Определяем площадь открытой торцевой поверхности сердечника:
=4·1.2·1.55+2·1.55·3.1+1.55·2.946=21.64 (см2) (2.50)Определяем превышение температуры сердечника над температурой окружающей среды
= 
= 12 град (2.51)где α0=13·10-4 – коэффициент теплоотдачи открытой торцевой части поверхности сердечника, Вт / см2 град
Scep – площадь открытой торцевой части поверхности сердечника, см2;
2.17 Параметры трансформатора и проверка искажения импульса напряжения
Определяем активные сопротивления обмоток
= 0.62·(23 / 69)2 = 0.0558 (Ом). (2.52)Определяем эквивалентное активное сопротивление контуров вихревых токов в материале сердечника трансформатора, приведенное к числу витков первичной обмотки
=12·(23)2·2. 3·0.6·10-4 / 0.012·12 = 730(Ом) (2.53)где δс – толщина листа сердечника, см;
ρс – удельное электрическое сопротивление материала сердечника, Ом·см2/см;
l – общая длина магнитопровода сердечника, см;
Sc – поперечное сечения стержня сердечника, см2.
Находим активные сопротивления упрощенной схемы замещения
= 30 + 0.05 = 30.05 (Ом) (2.54)