книги из ГПНТБ / Геллер Б. Импульсные процессы в электрических машинах

ной катушке, обусловленного свободными колебаниями в обмотке в целом.

Проведенный анализ указывает на важное значение емкостного кольца, подсоединяемого к линейному вводу обмотки и полностью экранирующего от земли входную катушку. Теперь токи обмотки на землю будут проте­

в ней. Следовательно, при переходном процессе в обмот­ ке в целом распределение напряжения внутри катушек

Импульсное напряжение в обмотку низшего напря­ жения может быть передано как через емкостные, так и через магнитные связи.

В результате емкостной связи между обмотками на­ чальное емкостное распределение в первичной обмотке передается во вторичную обмотку. Коэффициент переда­ чи не зависит от отношения числа витков обмоток N —

=Nil N2.

Вдальнейшем в обмотке низшего напряжения про­

исходит переходный процесс, заканчивающийся установ­ лением конечного распределения. Обычно обмотка низ­ шего напряжения имеет значительно меньшее число вит­ ков, чем обмотка высшего напряжения {N—NilN^l). Следовательно, частоты собственных колебаний в ней значительно выше, чем в обмотке высшего напряжения (приблизительно обратно пропорционально числу вит­ ков). Поэтому колебания во вторичной обмотке затуха­ ют значительно быстрее. Что касается магнитного влия­ ния первичной обмотки на вторичную, то для однофаз­ ных трансформаторов важное значение имеет передача квазистационар'Ного распределения напряжения. Коэф­ фициент передачи в большой степени зависит от отно­ шения числа витков N.

В случае однофазного трансформатора магнитной

Электростатическую передачу импульсного напряже­ ния во вторичную обмотку можно определить на основе анализа емкостной схемы, показанной на рис. 3-1. Со-

150

( C „ + C t ) ( l + - j p )

где

Ср2

К2

Таким образом, любое увеличение продольной емко­ сти вторичной обмотки К2 приводит к уменьшению емко­ стного наведения напряжения t/20- Это относится особен­ но ко вторичным обмоткам, переплетенным, например, по схеме Инглиш Электрик. Чем меньше продольная емкость /Сг, тем более точной становится приближенная формула

где

Кг

Подробный анализ уравнения (4-31) показывает, что напряжение U2o может быть значительно уменьшено от­ носительно небольшой на-

151

лебания импульсное напряжение, переданное магнитным путем во вторичную обмотку, соответствует отношению числа витков.

Если сопротивление Rz не слишком мало, временная частота основного колебания вторичной обмотки пример­ но равна:

Максимальное напряжение Мгмакс в переходном про­ цессе при Rz—*-оо (холостой ход) составляет:

«2макс»2(Уо/ІѴ. (4-35)

Подключение нагрузки уменьшает «гмакс- На рис. 4-10 и 4-11 в качестве примера показано на­

пряжение U2 при воздействии импульса на первичную обмотку трансформатора 26 M B - A (N = Ni/Nz = 7) при разомкнутой вторичной обмотке и вторичной обмотке, на­ груженной на сопротивление і\, 2=200Ом, соответственно.

152

На рис. 4-10 показано также квазистационарное на пряжение U0 (100/7) = 14% Uo (пунктирные линии).

Из осциллограмм видно, что подключение нагрузки ко вторичной обмотке приводит к столь существенному уменьшению свободных колебаний, что они фактически отсутствуют.

Расчет передачи импульсного процесса в трехобмоточном трансформаторе еще более сложен, чем в двухобмоточном. Анализ емкост­ ной передачи приводит к дифференциальному уравне­

нию третьего порядка.

tz=Z0OOn

В этом случае распределение импульсного напряже­ ния определяется суммой трех экспоненциальных функ­ ций. Для расчета электромагнитной передачи импульс­ ного напряжения Абетти и Дэвис использовали схему замещения трехобмоточного трансформатора і[Л. 3-6].

Как известно, эта схема имеет вид трехлучевой звез­ ды с эквивалентными индуктивностями рассеяния

153

Молен (H. G. Nolen) рекомендует в своей статье1 усиление входных витков и постепенный переход от уси­ ленной изоляции к «ормальной.

икатушками вдоль всей обмотки одинаковой.

Вдискуссии по статье Нориса 4 было также выска­ зано сомнение в необходимости усиления входных вит­ ков.

С усилением изоляции входных витков изменяется как емкость между витками, так и емкость между сосед­ ними катушками. Если предположить, что ширина катушки остается той же самой, то усиление изоляции при­ водит к изменению числа витков в катушке и существен­ ному изменению индуктивности. Если обмотку рассма­ тривать (приближенно) как длинную линию, то можно прийти к выводу, что оба вышеприведенных обстоятель­ ства оказывают нежелательное влияние на распростра­ нение импульсных волн, так как резкое изменение вол­ нового сопротивления вызывает отражение волн. Подроб­ ный анализ влияния усиления изоляции входных витков на начальное распределение ставит под сомнение пре­ имущества незначительного уменьшения градиента в на­ чале обмотки при усилении изоляции из-за усложнения изготовления обмотки. Следует заметить, что рассмот­ рение только начального распределения напряжения да­ леко недостаточно; необходимо рассматривать также следующий за начальным распределением колебатель­ ный процесс.

Для иллюстрации рассмотрен практический случай обмотки трансформатора высокого напряжения со сту­

же индуктивности катушек с усиленной и нормальной изоляцией и результаты расчета сведены в табл. 4-1.

1 Windungsisolation von Grosstransformatoren für sehr hohe Span­ nungen, Elektrotechn. u. Masch.-Bau, 1936, S. 61.

155

Из табл. 4-1 видно, что при усиленной изоляции вход­ ных витков индуктивность изменяется значительно силь­ нее, чем емкость. Поэтому изменение начального рас­ пределения напряжения, вызванное различным выполне­ нием изоляции, будет незначительным по сравнению с обмоткой, имеющей одинаковую изоляцию витков. Из-

Рис. 4-13. Разрез обмотки высшего напряжения трансформатора со ступенчатой изоляцией.

менение индуктивности оказывает влияние на последую­ щее развитие свободных колебаний.

Чтобы начальное распределение напряжения между витками входной катушки обмотки, а также между ка­ тушками, расположенными вблизи линейного конца об-

156

Мотки, было более благоприятным, рекомендуется при­ менять для трансформаторов выше 35 кВ емкостное за­ щитное кольцо. Наличие защитного кольца у входной катушки приводит к практически линейному распреде­ лению напряжения по виткам. Оно влияет также благо­ приятно и на распределение напряжения в обмотке, что показано на рис. 4-14 [Л. 2-5].

седними катушками обмотки трансформатора с однород­ ной изоляцией. По горизонтальной оси на рис. 4-14 от­ ложены номера масляных каналов между соседними ка­ тушками, отсчитываемые от начала обмотки, по верти­ кальной оси отложены напряжения между катушками в процентах от амплитуды импульсного напряжения на входе. Измерения были проведены в воздухе для волны 0,2/100 мкс.

Чтобы исследовать влияние ступенчатой изоляции на свободные колебания, авторами были проведены осциллографические измерения на обмотке трансформатора, имеющего следующие данные: диаметр стержня магнитопровода 165 мм, высота стержня 500 мм (верхнее ярмо при измерениях было снято); количество катушек 24, из них 20 катушек — нормальные, в каждой катушке по 8 витков, и 4 усиленные катушки по 4 витка в каждой.

Усиленные катушки были получены из нормальных пу­ тем попарного параллельного соединения витков. Во время измерений нейтраль обмотки была заземлена, им­ пульс напряжения подавался на линейный ввод, напря­ жения снимались с отпаек; порядковые номера, приведен-

157

ньіе на осциллограммах, указывают «а концы соответ­ ствующих катушек, отсчитанных от линейного конца об­ мотки (обозначение линейного конца — 0).

к случаю, когда к 20 нормальным катушкам были при­ соединены со стороны линейного конца 4 усиленные ка­ тушки.

158

мальными катушками было сохранено расстояние 6 мм (осциллограмма на рис. 4^17).

На рис. 4-18 приведены осциллограммы напряжений, снятые на обмотке, состоящей из 24 катушек, в начале которой были включены 4 усиленные катушки с расстоя­ нием между ними 3 мм, а потом 20 нормальных катушек с расстоянием между ними 11 мм.

На основании осциллограмм, приведенных на рис. 4-15—4-18, построены кривые пространственного рас­ пределения напряжения вдоль обмотки для моментов времени 1, 2, 3 и 10 мкс. За начало отсчета принят мо­ мент падения импульса на обмотку. Эти кривые изобра­ жены на рис. 4-19—4-22.

Из рисунков видно, что обмотка с нормальной изоля­ цией имеет более благоприятное распределение напря­ жения.

Включение усиленных катушек приводит к резкому изменению индуктивности на пути следования волны, что ведет к нежелательной деформации кривой пространст­ венного распределения напряжения (см. рис. 4-20, осо­ бенно для времени, равного 3 мкс); эта деформация осо­ бенно велика вблизи шестой и восьмой катушек. Как

159