磁芯

磁芯初步实验结果及分析

发布时间：

2023-08-28

磁芯初步实验结果及分析

将Ｂｌｕｍｌｅｉｎ型的脉冲形成网络（ＰＦＮ）接入如图４所示的２００ｎｓ／５０ｋＶＬＴＤ单元的初级，水电阻负载接入次级回路中，采用间隙开关控制ＰＦＮ放电。典型的输入输出电压波形如图５所示。不同磁芯截面积下，负载上的能量效率η（负载上获得的能量／ＰＦＮ的储能）随工作电压的关系所示。

通过实验波形可知，负载上的电压和电流波形没有明显的顶降，这表明磁芯的励磁电感较大，能够维持脉冲的平顶，因此，励磁电感引起的损耗可以忽略不计。通过实验数据分析可知，在ＰＦＮ充电２０ｋＶ时，ＬＴＤ初级电压和电流分别为１６ｋＶ和８．５ｋＡ，次级电压和电流分别为１５．５ｋＶ和５．４ｋＡ，初次级电压的差异较小，而电流的差异较大，根据前面的分析，其原因是由于磁芯上产生了较大的损耗，初级电流的一部分通过磁芯等效涡流损耗电阻消耗掉了。对比一块磁芯和两块磁芯的实验结果也可以看出，在同等工作电压下，采用一块磁芯比两块磁芯的能量效率要小，根据分析可知，其原因是由于采用两块磁芯的涡流损耗电阻大，它对负载的分流作用小，因此负载上获得的电流值大，能量传递效率高。但实验结果均比理论分析值小，其原因是磁芯的实际涡流损耗值比理论值大。由于理论计算值没有考虑相邻层间导通时的涡流损耗，而我们采用的磁芯带材由于层间没有加绝缘工艺处理，在快脉冲磁化时，层间电压较高，可能导致层间出现了击穿，使得层间的涡流损耗迅速增加。这一点通过工作电压与负载能量效率的关系也可看出。随着工作电压的升高，磁芯中的磁感应增量Δ犅也逐渐增加，磁芯层间电压也逐渐增加，因此导致带材层间涡流逐渐增大，负载上的能量传递效率逐渐降低。因此，为了提高ＬＴＤ的能量传递效率，必须降低磁芯的涡流损耗，尤其是带材层间的涡流损耗。为了实现这一目标，一方面可以通过给磁芯带材层间增加绝缘层，另一方面尽量降低层间的电压，防止层间击穿。

结论

本文首先利用脉冲变压器的等效电路模型对ＬＴＤ系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步分析，分析结果表明，磁芯的涡流损耗是降低磁芯能量传递效率的主要原因。在此基础上，利用Ｐｓｐｉｃｅ软件中的非线性磁芯模型对ＬＴＤ磁芯的工作过程进行了模拟计算，得到了磁芯在工作过程中的磁化曲线和涡流损耗。最后对ＬＴＤ磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究，实验现象与理论分析结果一致，在工作电压为２０ｋＶ时，脉宽约２２０ｎｓ时，在２．８Ω负载上获得了大于６０％的能量传递效率，为下一步提高ＬＴＤ磁芯的能量传递效率打下了基础。