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闭合磁环小型脉冲变压器
发布时间：
2023-09-06
研制了一种结构紧凑、电压升压倍数高达１０９倍的２００ｋＶ级脉冲变压器，以实现高压脉冲变压器的小型紧凑化。用电磁理论分析、电路模拟及实验测试３种方法对变压器的耦合、耐压和输出特性进行了研究，对重要参数进行了计算和设计。采用晶粒取向硅钢薄带作为变压器磁芯，且磁芯闭合，变压器的有效耦合系数高达０．９５以上。高分子材料的绝缘套筒结构和分层交替的绕线方式，使得变压器在初级低压充电２．１ｋＶ时，次级可输出幅度为２３０ｋＶ、半高全宽为３μｓ的高电压脉冲。模拟和实验结果验证了理论设计的合理性。
以脉冲变压器为重要组成部分的高压脉冲发生器，在军事和工业领域有广泛而重要的应用价值。产生高压脉冲主要有脉冲变压器技术、多极串联的Ｍａｒｘ发生器技术和利用脉冲形成线升压的层叠线倍压器技术等，后两种技术多用于产生几百ｋＶ
以上的高电压脉冲，但结构庞大复杂，不利于脉冲发生器系统的小型化，且系统成本较高，应用范围受到限制。目前，研究得较多的是具有开路磁芯的Ｔｅｓｌａ变压器、带绕式空心变压器和部分磁芯式脉冲变压器。开路磁芯的Ｔｅｓｌａ变压器输出电压高，耦合系数高，但磁芯结构复杂，造价高。带绕式空芯变压器和部分磁芯式变压器结构简单，造价比较低，但耦合系数不高。这两种脉冲变压器以增大体积或填充绝缘膜来实现高压绝缘，一旦击穿，绝大部分绝缘材料必须重新更换，浪费严重，制作工序也比较复杂。相较而言，闭合磁环式小型脉冲变压器体积小巧，绕组的制作很简单，且闭合磁芯能够实现高耦合，但其缺陷在于磁芯易饱和，耐压有限，很难做到几百ｋＶ量级高压输出。基于对各类变压技术的分析比较，输出电压在３００ｋＶ以下时，可以寻求能够兼顾各种升压技术优势的变压器研制方案，采用普通脉冲变压器的结构形式，用晶粒取向硅钢薄带材料制作环型闭合磁芯，采用耐高压的导线，并结合特殊的绕制方法来制作绕组，为了更好的绝缘，磁芯外加绝缘套筒。充电实验研究表明，这种变压器具有高耦合、高电压变比、耐压性能良好等特点，没有出现磁芯饱和现象。同时，其结构简单，制作非常方便，不需要抽真空灌油，体积小巧，造价低，已在小型紧凑化高压脉冲发生器中获得应用。
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