Вестник МГТУ. 2016, №4.

Данилин А. Н. и др. Экспериментальные исследования характеристик… 704 УДК 621.314 А. Н. Данилин, А. А. Климов Экспериментальные исследования характеристик импульсных трансформаторов с различными типами магнитопроводов, выполненных по каскадной схеме В настоящее время теория и расчет высоковольтных однокаскадных импульсных трансформаторов (ИТ) хорошо разработаны. Их характеристики определяются в зависимости от вида и параметров нагрузки. Вместе с тем практически не разработана методика расчета ИТ по каскадной схеме, основным достоинством которой является перенос изоляции из внутренней на внешнюю. За счет этого может быть снижена напряженность на внутренней изоляции в число раз, составляющих число ИТ в каскаде. В статье приводятся результаты сравнительных экспериментальных исследований характеристик однокаскадных и двухкаскадных ИТ, включаемых на резистивную нагрузку и в режиме перезаряда емкостного накопителя через ИТ на обостряющую емкость. Рассмотрены два типа ИТ, имеющих одинаковые коэффициенты трансформации, числа витков обмоток и сечения магнитопроводов сердечников, но отличающихся магнитными характеристиками сердечников. Методика сравнительных исследований заключалась в определении формирующих свойств одно- и двухкаскадных схем ИТ при разряде емкостного накопителя на резистивную и емкостную нагрузку через ИТ с последующим осциллографированием токов и напряжений на нагрузке. Сравнительные исследования определили область применения каскадных схем ИТ. В статье показано, что многокаскадные схемы ИТ крайне неэффективны в схемах формирования импульсов на резистивную нагрузку из-за того, что индуктивные элементы схем замещения каскадных ИТ образуют индуктивный делитель напряжения. Показано, что каскадная схема ИТ эффективна в режиме перезаряда емкостного накопителя на обостряющую емкость в согласованном режиме, при этом КПД такой схемы близок к 100 %, и реализуются те положительные свойства, которыми обладают каскадные схемы. Ключевые слова: импульсный трансформатор, магнитопровод, холостой ход, короткое замыкание, каскадное соединение. Введение Разработка и проектирование высоковольтных импульсных трансформаторов (ИТ) рассмотрена в ряде источников [1–4], где изложены методы расчета и конструирования ИТ. Тем не менее совершенно отсутствует методика разработки ИТ по каскадной схеме. Основное преимущество каскадных схем трансформаторов на высокие напряжения в том, что внутренняя изоляция выходного каскада относительно земли не сосредоточена на одном элементе каскада, а распределена между изоляционными промежутками входящих в каскад трансформаторов. Основным недостатком каскадного включения трансформаторов является большая величина индуктивности рассеяния каскада в целом, которая растет быстрее, чем произведение индуктивностей рассеяния трансформатора на число ступеней каскада. Для ИТ в схемах формирования импульсов с заданными параметрами этот недостаток каскадной схемы является решающим, и поэтому в таких схемах каскадные ИТ применяются редко. В ряде схем, находящих применение в электроимпульсных технологиях, где ИТ служит для повышения напряжения на обостряющих конденсаторах [5–7], каскадный ИТ может успешно использоваться. За счет распределения напряжения между каскадами и переноса изоляции из внутренней на внешнюю может быть значительный выигрыш в поперечных размерах ИТ. Такие устройства могут находить применение там, где ИТ должен помещаться в объемах, имеющих ограниченный поперечный размер, например, в буровых и каротажных скважинах, в специальных электрофизических установках. Сформулированы следующие задачи исследований: 1. Провести сравнительные опыты с устройствами ИТ, выполненными по однокаскадной и двухкаскадной схемам. 2. Изучить параметры однокаскадных и двухкаскадных ИТ при использовании различных материалов магнитопровода. 3. Изучить формирующие свойства обеих схем в режиме формирования импульса на активной (резистивной) нагрузке и в режиме перезаряда емкостного накопителя на обостряющую емкость. 4. Экспериментально оценить параметры схем замещения ИТ, выполненных по однокаскадной и двухкаскадной схемам. Материалы и методы На рис. 1 приведена использованная для проведения экспериментальных исследований схема установки, позволяющая проводить опыты с однокаскадными и двухкаскадными ИТ. Импульс на входе ИТ формировался