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直线型变压器（ＬＴＤ）工作模式

发布时间：

2023-08-29

直线型变压器（ＬＴＤ）工作模式

我们对国内大有公司生产的纳米晶磁芯开展了实验研究，实验电路采用直线型变压器（ＬＴＤ）工作模式，如图１所示，电源通过限流电阻犚给脉冲形成网络（ＰＦＮ）充电［９］，开关控制脉冲形成网络直接对ＬＴＤ放电，通过单匝次级线圈感应到负载电阻犚Ｌ上。ＰＦＮ阻抗约２．５Ω，脉宽２００～３００ｎｓ可调。选用的磁芯内外半径为１３０ｍｍ和８０ｍｍ，两组磁芯的层间全部不加绝缘层。第一组带材宽度犺＝２０ｍｍ，采用２个重叠；第二组带材宽度犺＝１０ｍｍ，采用４个重叠；保证这两组磁芯的截面积犛相同。磁芯采用直流复位，因此磁芯的磁感应强度在每一次工作前都处于同一个起点，磁芯的矩形系数约为０．７。

　给出了第一组带材宽度犱＝２０ｍｍ，工作电压分别为８，９，１０，１１ｋＶ，脉宽为２００ｎｓ时，负载上电压、电流波形，设计的磁感应增量Δ犅分别为１．１４，１．２８，１．４２，１．５６Ｔ，均小于纳米晶磁芯最大磁芯增量２．４Ｔ。实验研究发现当工作电压小于８ｋＶ时，负载上获得的电压、电流波形与脉冲形成网络不通过磁芯直接对负载放电基本吻合，输出波形平顶部分很平坦，典型波形如图２（ａ）所示；当工作电压增大至９ｋＶ时，在狋＝１２８ｎｓ附近波形出现了明显的拐点，如图２（ｂ）所示，拐点处磁芯仍工作于磁滞回线的线性区，因此磁芯导磁率基本维持不变，也并未出现饱和，由此可知磁芯在拐点处应该出现了层间击穿，导致磁芯性能急剧下降，层间击穿使磁芯实际使用的磁感应增量并未达到理论的设计值，因此磁芯发生击穿时将导致其伏秒数利用率不充分，由式（５）计算可知，工作电压９ｋＶ时对应层间电压约为３．６Ｖ；工作电压增大至１０ｋＶ时，击穿点向前移动到狋＝８５ｎｓ处，如图２（ｃ）所示；当工作电压进一步提高时，击穿点前移到脉冲前沿阶段，波形平顶阶段看不到明显的缺口，但波形将出现明显的顶降。

　根据分析可知，减小磁芯的带材宽度犺可以有效地降低磁芯地层间电压，从而提高加载在磁芯两端的工作电压，提高磁芯伏秒数的利用率，给出了第二组带材宽度犱＝１０ｍｍ的磁芯，工作脉宽为２００ｎｓ时负载上的电压电流波形图，图３（ａ）的工作电压为９ｋＶ，其设计的磁感应增量Δ犅约为１．２８Ｔ；图３（ｂ）的工作电压为１４ｋＶ，其设计的磁感应增量Δ犅约为２．００Ｔ。由图３（ａ）可以看到，磁芯带材层间没有发生击穿，波形平顶阶段很平坦，由式（５）分析可知由于带材宽度减小了一半，此时磁芯层间电压将为１．８Ｖ，小于磁芯层间耐压能力。如果根据第一组带材宽度犱＝２０ｍｍ磁芯的实验结果，磁芯层间耐压能力约为３．６Ｖ，对于１０ｍｍ带材重叠的磁芯，击穿时对应的电压应为１８ｋＶ，但实验中在１４ｋＶ时，就发生了击穿现象，此时磁芯层间电压约为３Ｖ。其原因可能是由于１０ｍｍ与２０ｍｍ带材自身的层间耐压存在一定的差异。

　第一组带材宽度犱＝２０ｍｍ的磁芯，工作电压为９ｋＶ，增大脉冲形成网络输出脉冲宽度至３００ｎｓ时负载上的电压电流波形图，设计使用的磁感应增量Δ犅约为１．９２Ｔ。对比分析可知，当工作电压维持不变，仅增大工作脉宽，其击穿点位置将基本维持不动。根据式（５）也可知，在磁芯确定情况下，仅改变工作脉宽、不改变工作电压时，层间电压并没有降低。

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