Особенности конструкции и выбор методики расчета ТТ
Упрощенная конструкция двухобмоточного тороидального трансформатора (ТТ) приведена на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 – Размещение обмоток в окне сердечника ТТ
На рисунке 5.5 введены следующие условные обозначения:
a, b – толщина и ширина сердечника;
c, D – внутренний и наружный диаметры тороидального сердечника;
d0 – диаметр технологического отверстия;
CК.В, CК.Н –внутренняя и наружная радиальная толщина намотки катушки;
DТТ, H – наружный диаметр и высота тороидального трансформатора;
lО1, lО2 – длина среднего витка первичной и вторичной обмоток.
dТЗ – технологический зазор между каркасом и сердечником;
DК – толщина каркаса;
DКОР – толщина корпусной изоляции;
DСЛ – толщина межслоевой изоляции;
D01 – толщина изоляции, наложенной на каркас – подложка;
D12 – толщина межобмоточной изоляции (между первой и второй обмотками);
DНАР – толщина наружной изоляции.
Конструкция катушки ТТ состоит из каркаса, обмоток и изоляционных материалов. Каркас может быть изготовлен из пластмассы путем горячего прессования или литья под давлением, как и каркасы для броневых и стержневых трансформаторов. В этом случае он представляет собой обойму, состоящую из двух одинаковых половинок (изображен на рисунке 5.5). В этом случае толщина каркаса DК и величина технологического зазора dТЗ определяются аналогично, как и для броневых трансформаторов. Кроме того, корпусная изоляция ТТ может быть выполнена путем навивки изоляционной ленты на сердечник с половинным перекрытием с последующей пропиткой лаком или компаундом. Для этой цели используется, лента из стеклоткани, батиста или из других изоляционных материалов. При этом на торцевые части сердечника обычно накладываются кольца из электрокартона толщиной 0,2 мм [3, с.109].
Обмотки в ТТ рекомендуется размещать равномерно по всему периметру сердечника, что позволяет свести к минимуму поля рассеяния и внешние магнитные поля.
Конструктивный расчетразмещения обмоток в окне сердечника тороидальных трансформаторов значительно сложнее, чем броневых и стержневых ТП. Это обусловлено, прежде всего, сложностью конструкции катушки. Методики расчета размещения обмоток на сердечнике приведены в работах [2, с.108-113] и [4, с.196-197]. Они основаны на определении числа слоев обмоток с внутренней (в окне) и с наружной стороны сердечника. В результате методики получились весьма сложные, трудоемкие и непрозрачные. Все это затрудняет текущий контроль результатов в процессе расчета, а, следовательно, чревато многочисленными ошибками, особенно у неопытных разработчиков, каковыми являются студенты.
В данном методическом пособии предлагается методика, основанная на последовательном расчете размещения обмоток на тороидальном сердечнике по рядам согласно выбранной последовательности намотки. Межслоевая изоляция в низковольтных тороидальных ТП, как правило, не используется, так как витковая изоляция обмоточных проводов позволяет обеспечить необходимую электрическую прочность [2, с. 109]. Поэтому для упрощения расчетов межслоевую изоляцию учитывать не будем, а толщину корпусной, межобмоточной и наружной изоляции с наружной стороны и внутри тора будем считать равными.
С учетом выше сказанного, а также того, что в настоящее время при проектировании повсеместно используется вычислительная техника, предлагается весьма простая методика конструктивного расчета ТТ, основанная на последовательном расчете числа витков в слое и простом подсчете числа слоев.
Распределение обмотки с внутренней стороны (в окне) сердечника и снаружи существенно отличается. По внутренней стороне сердечника обмотка укладывается плотно виток к витку, а по наружной стороне – с шагом. Поэтому и расчетные соотношения для расчета размещения обмотки изнутри и снаружи сердечника различные.
На основании рассмотренных выше особенностей конструкции ТТ предлагается следующая методика конструктивного расчета тороидального трансформатора.