Конструкции резонансных трансформаторов на различные напряжения с воздушной изоляцией весьма похожи. Первичная и вторичная катушки обычно изготовляются однослойными. Первичная катушка часто изготовляется в виде конуса, поставленного на срезанную вершину, или цилиндра. Вторичная катушка изготовляется в виде цилиндра. Один из концов обмоток заземляется.
На рис. 1-38 изображена установка на 2 000 кВ. Коэффициент связи k=M/√L1L2 установках невелик и изменяется в пределах 5—25%. Это дает возможность получать во вторичной цепи колебания с малым затуханием. При сильной связи колебания во вторичной цепи имеют резко выраженные биения.
Рис. 1-37. Электрическая схема высокочастотного трансформатора для получения незатухающих колебаний. Изоляция — вакуум.
1— генератор; 2 — экран; 3 — смещение на сетку; 4—катод; 5—анод; 6—кабель к противовесу.
Рис. 1-38. Трансформатор Тесла на 2 000 кВ.
Напряжение, получаемое от трансформатора, можно повысить, если поместить вторичную катушку в среду, электрически более прочную, чем воздух.
На рис. 1-39 представлена схема такой установки. Обмотка высокого напряжения пометена в цилиндр из гетинакса и залита парафином.
В современных конструкциях резонансных трансформаторов применяется масляная и газовая изоляции.
Рис. 1-40. Секция первичной обмотки трансформатора с масляной изоляцией.
Рабочее напряжение резонансного трансформатора значительно повышается, если поместить его в сосуд с маслом. На рис. 1-40 видна первичная обмотка трансформатора, выполненная в виде плоской секции из нескольких витков. Размеры всего устройства благодаря применению масла в качестве изолирующей среды удалось сильно уменьшить. Диаметр вторичной обмотки равен 8 см, длина — 100 см, число витков достигает 5 000— 7 000. На концах вторичной обмотки для предотвращения коронирования закреплены два шара. Первичный контур питался от трансформатора напряжением 70 кВ через механический выпрямитель.
Для повышения электрической прочности масла в баке создается повышенное давление. На установке, схема которой изображена на рис. 1-41, при давлении в баке, равном 10 ат, было получено напряжение на полюсах вторичной обмотки до 3 200 кВ, с увеличением давления до 30 ат напряжение было повышено до 5 000 кВ.
На рис. 1-42 представлена схема установки резонансного трансформатора, помещенного в масло.
Рис. 1-41. Схема резонансного трансформатора с масляной изоляцией под давлением.
1— резервуар с газом; 2—вспомогательный резервуар; 3 — измерительный искровой промежуток.
Установка была описана А. С. Попковым в 1935 г.
Кожухом трансформатора 1 служил изолитовый бак 6 диаметром 750 мм и высотой 1 800 мм. Обмотка низкого напряжения 2 состояла из трех витков. Диаметр ее равен 600 мм. Сквозь крышку бака проведены вводы 4. Обмотка высокого напряжения 3 наматывалась на изолитовый цилиндр длиной 1 000—1 300 мм и диаметром 150—250 мм. Число витков провода (ПБД 0,5 мм), образующих вторичную катушку, составляло около 2 000. В первичный контур включалась емкость 7 около 2 мкф, работавшая при напряжении до 35 кВ.
Так как при большом разрядном токе шаровой разрядник в первичном контуре быстро обгорает, то применялся вращающийся разрядник 8.
Рис. 1-42. Схема резонансного трансформатора, помещенного в масло.
Изменяя величину и число искровых промежутков во вращающемся разряднике, регулировали напряжение на первичной стороне трансформатора. Напряжение измерялось с помощью емкостного делителя. Он состоял из шара 5 и шара 9, потенциал которого по отношению к земле измерялся шаровым разрядником 10.
При диаметре вторичной обмотки, равном 120 мм, и диаметре шара 5, равном 150 мм, напряжение на обмотке высокого напряжения достигает 2 500 кВ.
На рис. 1-42 видно также насосное устройство для откачки разрядной трубки, встроенной во вторичную обмотку трансформатора.
На рис. 1-43 представлена схема устройства установки на 1 000 кВ с изолирующей средой — фреоном.
Обмотка низкого напряжения трансформатора 5 выполнена из медной полосы; обмотка высокого напряжения 8 состоит из 120 плоских катушек, которые в целях вентиляции обмотки отделены промежутками. Размещение рентгеновской трубки внутри обмотки высокого напряжения облегчило выполнение соответствующих соединений высокого напряжения с различными электродами трубки. Нижний конец обмотки заземлен. Верхний конец обмотки высокого напряжения присоединен к медному полусферическому колпаку.
Рис. 1-43. Схема рентгеновской установки на 1 000 — 2 000 кВ; изоляция — сжатый фреон.
1 — катод рентгеновской трубки; 2 —промежуточные электроды рентгеновской трубки; 3 —экранные кольца; 4 - стеклянный стягивающий болт; 5 —первичная обмотка; 6 —дроссель регулировки накала; 7 —обмотка накала; 3 -вторичная обмотка; 9 — стальное ярмо; 10 — изолирующий привод дросселя накала; 11 — вывод промежуточного электрода; 12 — стеклянная оболочка рентгеновской трубки; 13 — двигатель привода регулировки накала; 14 — анод рентгеновской трубки; 15 — медный полусферический электрод.
Для уменьшения индукционных потерь в стенках стального сосуда, находящегося в поле высокой частоты, последний с внутренней стороны имеет особую подкладку 9, выполненную из ряда узких полос кремнистой стали. Полоски стали изолированы электрически и образуют магнитный экран. Обмотка электростатически экранирует трубку от заземленного кожуха сосуда и механически поддерживает электрод 15, расположенный в верхней части обмотки. После размещения трубки внутри обмотки удалось уменьшить диаметр сосуда трансформатора на 62%, а объем на 38% сравнительно со случаем, когда трубка располагалась вне обмотки.
Высота установки определялась длиной трубки. Путем присоединения выравнивающих напряжение электродов 3 к определенным участкам обмотки высокого напряжения 8 удалось добиться необходимого равномерного распределения напряжения по длине трубки. Под действием высокого напряжения электроны, вышедшие из катода 1, ускоряются между полыми цилиндрическими электродами 2. Двигаясь вдоль оси трубки, ускоренные электроны попадают на антикатод—мишень 14 и вызывают возникновение рентгеновских лучей. Во вторичной цепи получается значительная мощность и поддерживается неизменным напряжение 1 000 кВ при токе в трубке до 10 мА.
Газ фреон для заполнения установки поступает из сосуда, содержащего жидкий фреон (дихлордифторметан). Перед наполнением фреоном из системы предварительно выкачивали воздух и создавалось разряжение в 70 мм. рт. ст. После этого открывался кран, сообщающий систему с сосудом, и, подогревая последний, повышали давление в установке до 18 кГ/см2 (при закрытом кране). В случае необходимости вскрыть установку газ предварительно откачивали в запасной бак. Газ фреон без запаха и не ядовит. При соприкосновении с открытым пламенем он разлагается и дает фосген.
На рис. 1-44 представлена электрическая схема резонансного трансформатора. Установка питается от утроителя частоты 3.
Конденсатор С1 включен для улучшения коэффициента мощности в первичном контуре. Реактор 4 с насыщающимся сердечником позволяет регулировать ток в первичной обмотке. Мощность, потребляемая от утроителя частоты первичной обмотки, ограничивается его высокой реактивностью на частоте 180 Гц.
Рис. 1-44. Электрическая схема резонансного трансформатора.
В первичном колебательном контуре 7-С1-4 возбуждаются колебания собственной частоты при питании его от утроителя частоты или отдельного генератора с частотой 180 Гц. Индуктивность обмотки высокого напряжения 15 600 гн и емкость порядка 50 пф образуют резонансный контур с собственной частотой около 180—200 Гц.
Изменяя величину постоянного тока подмагничивания в обмотке 5 при помощи делителя 6, снижают величину переменного тока в обмотке реактора 4. Ток через трубку регулируется изменением тока накала катода с помощью регулируемого реактора 1. Напряжение на зажимах обмотки низкого напряжения 2 регулируется с помощью ступенчатого автотрансформатора 7. Изменяя величину переменного тока в первичном контуре 7-С1-4 путем изменения постоянной составляющей, плавно регулируют напряжение 62 во вторичной обмотке. Нижний конец обмотки высокого напряжения заземлен через миллиампер постоянного тока, измеряющий средний электронный ток через ускорительную трубку. Миллиамперметр постоянного тока, включенный через емкость С2, проградуирован в киловольтах.
В рентгеновских установках па напряжение 1 000 кВ применена секционированная трубка, имеющая 12 ступеней ускорения электронов, а в установке на 2 000 кВ трубка имеет 24 секции — ступени ускорения. Каждая ступень дает ускорение 83,5 кВ. Такую трубку удалось выполнить благодаря применению колец 3 (рис. 1-43) из металлического сплава «Фернико», представляющего собой специальный сплав из железа, никеля и кобальта, коэффициент линейного расширения которого равен коэффициенту расширения стекла. Кольца из этого металла соединяют отдельные стеклянные секции рентгеновской трубки.
