Введение к работе
Актуальность темы. Рассматриваются проводящие тонкие ленты, свернутые в рулон с лентой из диэлектрического материала для изоляции между витками. Такие спиральные обмотки используются в различных технических устройствах. В радиотехнике используются спиральные ленточные антенны, элементы обмоток различных электромагнитных устройств также могут выполняются из проводящих лент (например обмотки трансформаторов или индуктивных накопителей энергии). Внешний вид ленточной спирали показан на рисі. В экспериментальной физике известны спиральные генераторы Фитча [1], обмотка которых образована полосковой линией, свернутой в рулон с дополнительной лентой диэлектрика для изолящш между витками (см.рис.5).
Устройства с обмотками из проводящих лент имеют ряд преимуществ по сравнению с обмотками, выполненными проводом. Ленточные обмотки обладают практически однородным электрическим полем в слое изолящш между витками. Технология изготовления обмотки ленточного типа достаточно проста. Среди различных генераторов высоковольтных импульсов напряжения спиральный ленточный генератор Фитча отличается низкой стоимостью, простотой изготовления и портативностью.
В данной работе рассматриваются устройства с ленточными обмотками, которые работают в режимах после коммутации внешней электрической цепи. В результате переходного процесса после коммутации внутри обмотки возникает волновой процесс и ее нельзя рассматривать как элемент цепи с сосредоточенными параметрами. Спиральные обмотки имеют большую протяженность в одном направлении, поэтому к ним применима теория систем с распределенными параметрами.
Теория систем с распределенными параметрами является важным разделом теоретической электротехники и описывает волновые процессы в линиях передачи электроэнергии, линиях связи, высокочастотных линиях радиотехнических и телевизионных устройств, обмотках трансформаторов и электрических машин. Однако теория ленточных обмоток до настоящего времени разработана недостаточно. В данной работе сделан шаг в. этом направлении - на основе подхода теории систем с распределенными параметрами предложена математическая модель, описывающая волновые процессы в ленточных обмотках и учитывающая потери на вихревые токи и поляризационные потери в изоляции, а также разработаны численные алгоритмы,позволяющие расчитать динамические характеристики ленточных обмоток.
-4-Цель работы. Целью работы является построение математичеси модели ленточных спиральных обмоток, которая основывана на уравЕ ниях электромагнитного поля и учитывает потери на вихревые тою? проводниках и поляризационные потери в изоляции, а также электр магнитные характеристики внешних устройств (нагрузки, коммутатор и др.).
В соответствии с поставленной целью в работе решены следу щие задачи:
разработаны математические модели, описывающие волное процессы в спиральных обмотках из леточного проводника и свернув в рулон полосковой линии;
получены аналитические решения для токов проводников,нащ зкений между витками, токов и напряжений внешних устройств (Harps ки, коммутатора) в операторной форме с учетом потерь на вихреЕ токи и поляризационных потерь;
разработаны алгоритм и программа обратного преобразоваЕ Лапласа, основанные на формулах Филона. Получены временные завис мости токов и напряжений моделей ленточных обмоток, включенных схеме индуктивного накопителя и спирального генератора Фитча;
методами математического моделирования исследовано влияя характеристик внешних устройств (нагрузки, коммутатора) на време ные зависимости токов и напряжений обмоток;
- разработана методика экспериментального измерения внутренЕ перенапряжений обмоток с измерительными отводами, измерены распр деления межвитковых перенапряжений в моделях ленточных спиральк обмоток.
Методы исследования. При разработке математических модеї использованы методы теоретической электротехники и математическс моделирования.
Программы разработаны на алгоритмическом языке FORTRAN -для IBM совместимых компьютеров класса не ниже ат-286/287.
Измерения внутренних перенапряжений при коммутации произв дятся на разработанной установке, включающей быстродействующий т ковый ключ и осциллограф с дифференциальным входом.
Научная новизна. Новыми научными результатами работы явл ются:
- интегральные уравнения спирально-полосковой линии-, включе
ной по схеме Р.Фитча, с учетом сопротивления запускающего коммут
тора;
аналитические решения в операторной форме уравнений для токов витков, витковых напряжений, токов и напряжений внешних устройств ленточной оомотки, включенной по схеме индуктивного накопителя энергии, а также свернутой в рулон подосновой линии, включенной по схеме генератора фитча (решения уравнений генератора Фитча получены с учетом сопротивления запускающего коммутатора);
результати численних расчетов временных зависимостей токов и напряжений моделей ленточных обмоток индуктивного накопителя и генератора Фитча, полученные путем численного обращения операторной формы аналитических решений с помощью формул Филона;
методика экспериментального исследования межвитковых перо-напряжений в обмотках с измерительными отводами и результаты экспериментального исследования межвитковых перенапряжений в моделях ленточных катушек, включенных по схеме индуктивного накопителя.
Практическая ценность работы.
математические модели рассмотренных спиральных структур могут быть использованы при моделировании спиральных ленточных устройств;
математическая модель свернутой в рулон полосковой линии может быть применена на стадии проектирования генератора Фитча;
разработанный эффективный алгоритм численного обращения преобразования Лапласа можно использовать в различных приложениях, где задачу построения оригинала по известному изображению нельзя решить аналитически;
предложенную методику экспериментального исследования межвитковых перенапряжений можно применить для измерения перенапряжений в обмотках с измерительными отводами.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях Волгоградского государственного университета в 1988 - 1993 гг., на научной конференции Волгоградского государственного технического университета 1991 года.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатные ра-Зоты.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, нести глав, заключения, приложений, спискалитературы (69 наименований). Общий объем работы 144 с, в том числе: теоретическая часть - 50 с, приложения с математическими выкладками и текстами яро грамм - 20 с. Работа содержит .'53 рисунка и 3 таблицы.
