2. Расчет импульсных трансформаторов

Исходными данными для расчета импульсного трансформатора являются следующие величины:

• мощность в импульсе Р₂[Вт] или [кВт];

• напряжения в импульсе U₁иU₂[В];

• сопротивление нагрузке R_н[Ом];

• сопротивление источника R_и[Ом];

• длительность импульса τ_и[мкс];

• частота следования импульса f_п[Гц];

• коэффициент искажения плоской части импульса λ.

Под коэффициентом искажения плоской части импульса понимается относительная величина понижения напряжения этой части к моменту окончания импульса:

,

где – приведенный к первичной обмотке ток нагрузки;

I_kμ– ток кажущегося намагничивания, представляющий собой сумму действительного намагничивающего тока и составляющей, компенсирующей влияние размагничивающего действия вихревых токов в сердечнике трансформатора.

Нагрузкой импульсного трансформатора обычно является линейное сопротивление, имеющее приблизительно активный характер, как, например: магнетронный генератор, ламповый генератор, цепь сетки генераторной лампы или в некоторых случаях чисто активное сопротивление. Нелинейный характер сопротивления нагрузки за время действия импульса напряжения сравнительно мало влияет на переходные процессы в трансформаторе, поэтому данное сопротивление практически можно принимать активным, равным некоторому постоянному среднему значению R_н. Ввиду такого характера нагрузки отдаваемая импульсным трансформатором мощность обычно измеряется в ваттах или киловаттах.

1. Определение средней мощности и токов трансформатора

В маломощных импульсных трансформаторах отдаваемая вторичной обмоткой мощность в импульсе находится в диапазоне зоне от нескольких десятков ватт до нескольких сотен киловатт, что соответствует средней мощности трансформатор за период посылки импульса в пределах порядка от единиц до нескольких сотен ватт. Такое соотношение между средней и импульсной мощностями трансформатора обусловливается тем, что длительность импульса τ_иизмеряется микросекундами, а период посылки егоТ_п– миллисекундами, так что отношение между ними составляет величину порядка 10^-3.

Напряжения маломощных импульсных трансформатор указанного диапазона мощностей обычно находятся в следующих пределах:

низшее напряжение – 100 ÷2500 В;

высшее – 300 ÷ 12 500 В.

Средняя отдаваемая мощность импульсного трансформатора может быть определена следующим образом

,

где – мощность вторичной обмотки в импульсе по заданию, Вт;

–частота следования импульсов по заданию, Гц;

τ_и– длительность импульса по заданию, с.

Токи первичной и вторичной обмоток в импульсе будут равны

[А];[А].

Эффективные или действующие значения токов первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора определяются из условия, что потери в меди этих обмоток при прохождении через них коротких прямоугольных импульсов тока обусловливаются не только электрическими сопротивлениями обмоток, но также явлением поверхностного эффекта в проводах слиянием токов наводки в них. С учетом этих явлений действующие значения первичного и вторичного токов импульсного трансформатора можно представить так:

[А],

[А],

где – частота следования импульсов по заданию, Гц;

τ_и– длительность импульса по заданию, с;

k_н= 2,4 ÷ 2,8 – коэффициент, учитывающий ток наводки в проводах обмоток при прямоугольном импульсе токов;

k_п1иk_п2– коэффициенты поверхностного эффекта в голых медных проводах круглого сечения, которые предварительно можно принять в следующих пределах:

для обмотки низшего напряжения k_п1=1,2 ÷ 1,6;

высшего k_п2=1,1 ÷ 1,4;

В ряде случаев через вторичную обмотку импульсных трансформаторов проходит как импульсный ток, так и ток накала. Действующее значение суммы токов импульса и накала во вторичной обмотке в этом случае можно определить с помощью уравнения

[А].