脈沖變壓器設(shè)計(jì)

1、脈沖變壓器設(shè)計(jì)脈沖變壓器設(shè)計(jì) 1目目 錄錄前言.11 脈沖變壓器設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù).31.1 脈沖變壓器計(jì)算程序設(shè)計(jì)要求 .31.2 計(jì)算原始數(shù)據(jù)： .62 脈沖變壓器的設(shè)計(jì).82.1 線路的計(jì)算 .82.2 絕緣的設(shè)計(jì) .112.3 鐵心和繞組的選擇 .142.3.1 鐵心的設(shè)計(jì)要求.142.3.2 鐵心的去磁電路.162.3.3 繞組的選擇 .202.4 脈沖變壓器的脈沖的計(jì)算 .252.4.1 脈沖平頂降落的驗(yàn)算 .252.4.2 脈沖的前沿畸變驗(yàn)算 .262.4.3 脈沖后沿寬度的檢查 .302.5 脈沖變壓器的整體結(jié)構(gòu) .312.6 脈沖變壓器的溫升與經(jīng)濟(jì)指標(biāo) .342.6.1 脈沖

2、變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo).342.6.2 脈沖變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的驗(yàn)算 .353 脈沖變壓器的試驗(yàn).383.1 脈沖變壓器的初次試驗(yàn) .383.1.1 加壓試驗(yàn) .383.1.2 改變回路參數(shù)的試驗(yàn) .393.1.3 “+-極性”的試驗(yàn) .393.2 脈沖變壓器的負(fù)荷試驗(yàn) .403.2.1 脈沖波形的檢查 .403.2.2 漏感和電容 .413.2.3 變比的測(cè)量 .42總 結(jié).43致 謝.45參考文獻(xiàn).46脈沖變壓器設(shè)計(jì) 1前言前言脈沖變壓器是電子變壓器一種特殊類型，它所變換的不是正弦電壓，也不是交流方波，而是接近矩形的單極性脈沖；脈沖變壓器現(xiàn)已極其廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備之中。脈沖變壓器

3、與一般普通變壓器的區(qū)別所有脈沖變壓器其基本原理與一般普通變壓器(如音頻變壓器、電力變壓器、電源變壓器等)相同，但就磁芯的磁化過(guò)程這一點(diǎn)來(lái)看是有區(qū)別的，分析如下:(1) 脈沖變壓器是一個(gè)工作在暫態(tài)中的變壓器，也就是說(shuō)，脈沖過(guò)程在短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，是一個(gè)頂部平滑的方波，而一般普通變壓器是工作在連續(xù)不變的磁化中的，其交變信號(hào)是按正弦波形變化.(2) 脈沖信號(hào)是重復(fù)周期，一定間隔的，且只有正極或負(fù)極的電壓，而交變信號(hào)是連續(xù)重復(fù)的，既有正的也有負(fù)的電壓值。(3) 脈沖變壓器要求波形傳輸時(shí)不失真，也就是要求波形的前沿，頂降都要盡可能小，然而這兩個(gè)指標(biāo)是矛盾的，脈沖變壓器的主要用途是：脈沖變壓器廣泛用于雷達(dá)

4、、變換技術(shù)；負(fù)載電阻與饋線特性阻抗的匹配；升高或降低脈沖電壓；改變脈沖的極性；變壓器次級(jí)電路和初級(jí)電路的隔離應(yīng)用幾個(gè)次級(jí)繞組以取得相位關(guān)系；隔離電源部分的直流成分；在晶體管(或電子管)脈沖振蕩器中使集電極(陽(yáng)極)和基極(柵極)間得到強(qiáng)藕合；采用若干個(gè)次級(jí)繞組，以便得到幾個(gè)不同幅值的脈沖，使電子管的板極回路和柵極回路，或晶體管的集電極與基極間形成正反饋，以便產(chǎn)生自激振蕩；作為功率合成及變換元件等。在不同的脈沖設(shè)備中，廣泛地應(yīng)用著各種各樣的脈沖變壓器它們的參數(shù)包括：脈沖電壓從幾伏到幾百干伏；脈沖電流從若干從毫微秒到數(shù)百毫秒；重復(fù)頻率從幾赫到幾十干赫。其中高壓大功率脈沖變壓器主要應(yīng)用在雷達(dá)、高能物理

5、、量子電子學(xué)、變換技術(shù)等領(lǐng)域的設(shè)備中。低壓脈沖變壓器設(shè)計(jì) 2小功率脈沖交壓器主要應(yīng)用在自動(dòng)控制、計(jì)算技術(shù)、電視設(shè)備及工業(yè)自動(dòng)化等方面的線路上。高壓大功率脈沖變壓器有自己的特點(diǎn)：大脈沖的特點(diǎn)(同小功率脈沖變壓器(以下簡(jiǎn)稱:小脈沖)相比)雖 然所 有 的大脈沖的工作物理過(guò)程大體相同，而與功率無(wú)關(guān)，但大脈沖與小脈沖各有特點(diǎn):電壓高，則絕緣要求。高大脈沖一般工作在很高的電壓下，脈沖電壓達(dá)幾萬(wàn)伏甚至幾十萬(wàn)伏，絕緣成了主要問(wèn)題，我們要對(duì)絕緣材料做充分的分析和測(cè)試，如何保證和次級(jí)及繞組與鐵芯的絕緣可靠，如何引出高壓端將是工作重點(diǎn)。損耗大、散熱要求好。脈沖變壓器的功率取決于平均功率而不是脈沖功率，為了減少脈沖

6、變壓器的體積和重量，就須解決好脈沖變壓器的散熱問(wèn)題。大脈沖要求磁感應(yīng)增量要高大 脈沖 需 要很高的，一般需BB達(dá)數(shù)千高斯到數(shù)萬(wàn)高斯，這是因?yàn)樵礁撸判倔w積越小。B由上述兒點(diǎn)可知，大脈沖的體積是由散熱情況、材料絕緣性能和磁心的值所決定的，一般情況下，使用油浸式以提高大脈沖的絕緣性能B和散熱性能，而小脈沖的結(jié)構(gòu)既不取決全散熱情況也不取決于絕緣強(qiáng)度，而是取決于制造上的可能性，值對(duì)小脈沖也并不重要，大部分情況下，B它要求的值不超過(guò)幾十高斯，甚至只有幾高斯。B現(xiàn)在為了提高電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，目前大功率脈沖變壓器正向高功率、高壓、高變比方向發(fā)展。脈沖功率為幾十到幾百兆瓦；電壓一般達(dá)到幾百干伏，個(gè)別達(dá)1兆伏

7、；變比可從幾十到幾百。小功率脈沖變壓器正向微型化、組裝比、系列化方向發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)脈沖波形的要水邊越來(lái)越高。脈沖平頂降落一般不超過(guò)0.5-2；前后沿應(yīng)不超過(guò)脈沖寬度的515；不允許有上沖和反峰。此外還希望脈沖變壓器重量輕、體積小、效率高。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 31 1 脈沖變壓器設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù)脈沖變壓器設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù)1.11.1 脈沖變壓器計(jì)算程序設(shè)計(jì)要求脈沖變壓器計(jì)算程序設(shè)計(jì)要求脈沖變壓器的設(shè)計(jì)和一般變壓器的設(shè)計(jì)基本原理是相同，而脈沖變壓器在符合一般變壓器的繞組、絕緣、鐵芯等要求，還需要檢測(cè)輸入脈沖，脈沖的前沿寬度，平定降落，后沿寬度都有一定具體要求。首先分析脈沖的簡(jiǎn)化等效電路和理想脈

8、沖的特性。脈沖變壓器的等效電路圖（1-1）脈沖變壓器等效電路脈沖源的脈沖電壓(輸人電壓)1u換算到初級(jí)的負(fù)載輸出脈沖電壓 2u222uun 脈沖源內(nèi)阻；iR變壓器初級(jí)電阻；1r換算到初級(jí)的變壓器次級(jí)電阻 2r222rrn 換算到初級(jí)的次級(jí)負(fù)載電阻 LR2LLRRn 變壓器初級(jí)分布電容1C 換算到初級(jí)的變壓器次級(jí)分布電容 2C222CC n 輸入電路等效電容；LC脈沖變壓器設(shè)計(jì) 4換算到初級(jí)的負(fù)載等效電容 LC2LLCC n 變壓器等效漏感SL變壓器有效磁化電感ML變壓比 n12NnN變壓器次級(jí)匝數(shù)2N變壓器初級(jí)匝數(shù)1N脈沖變壓器的脈沖波形的特點(diǎn)理想的脈沖波形是指矩形脈沖波。由于電路的參數(shù)影響，

9、實(shí)際的脈沖波形與矩形脈沖有所差異。其典型波形如圖所示圖 1-2 脈沖變壓器的脈沖波形 1. 峰值脈沖幅度 Um 峰值脈沖幅度是相通過(guò)脈沖頂部的平滑曲線外推線的愚大值 10的起始“尖峰”或“過(guò)沖” 。2. 脈沖持續(xù)時(shí)間 td脈沖變壓器設(shè)計(jì) 5脈沖持續(xù)時(shí)間是指脈沖幅度等于峰值脈沖幅度的 50的最初與最后瞬間相隔的時(shí)間。3. 脈沖上升時(shí)間rt脈沖上升時(shí)間是指脈沖幅度最初達(dá)到峰值脈沖幅度 10與 90兩瞬間相隔的時(shí)間。除去波形中不需要或無(wú)關(guān)的部分。 4. 脈沖下降時(shí)間lt 脈沖下降時(shí)間是指脈沖幅度達(dá)到峰值脈沖幅度 90的最后瞬間與緊接在后面的脈沖幅度降到峰值脈沖幅度 10的瞬間相隔的時(shí)間，除去波形中不

10、需要改無(wú)關(guān)的部分。 當(dāng)頂降的數(shù)值接近峰脈沖幅度的 10時(shí)上述定義的下降點(diǎn)可用脈沖幅度達(dá)到峰值脈沖幅度的 80的最后瞬間代替。5. 頂降 頂陣是指峰值脈沖幅度與脈沖頂部平滑曲線(除去起始“尖峰”或“過(guò)沖”)外推線在通過(guò)定義為脈沖下降時(shí)間的點(diǎn)的直線上交點(diǎn)的脈沖幅度之差的百分比。6. 脈沖頂峰 脈沖頂峰是指脈沖的最大幅度。7. 過(guò)沖過(guò)沖是指脈沖頂峰超過(guò)蛤值脈沖幅度的數(shù)值。過(guò)沖以峰值脈沖幅度的百分比表示。8反擺反擺是指反向脈沖的最大幅度，即越過(guò)零幅度電平以下的部分，反擺以峰脈沖幅度的百分比表示9 回?cái)[回?cái)[是在反擺之后回轉(zhuǎn)的最大幅度，回?cái)[以峰值脈沖幅度的百分比表示。10 恢復(fù)時(shí)間脈沖變壓器設(shè)計(jì) 6恢復(fù)時(shí)

11、間是指脈沖下降時(shí)間終止與脈沖幅度最后達(dá)到峰值脈沖幅度10%瞬間相隔的時(shí)間。在可使用小于 10%字的特殊情況下，將此時(shí)間間隔稱為“x恢復(fù)時(shí)間” 。脈沖變壓器的設(shè)計(jì)包括變壓器結(jié)構(gòu)、鐵心材料、絕緣方式的選取，繞組線徑、匝數(shù)、鐵心尺寸和絕緣距離的確定等。設(shè)計(jì)出的脈沖變壓器必須滿足如下要求：獲得特定的脈沖上升時(shí)間；提供合適的脈沖平頂；達(dá)到要求的脈沖下降時(shí) 和脈沖尾部的頻率響應(yīng)；為電子管的正確工作創(chuàng)造條件；提供電路的電壓變換；保持溫度在合理的范圍之內(nèi)；為電子管的燈絲電流提供通道；經(jīng)受住要求的工作電壓；經(jīng)受所需要的電壓應(yīng)力。輸出脈沖的波形畸變不允許超過(guò)規(guī)定值。變壓器是線路的一部分，因此，變壓器等值線路的參數(shù)

12、應(yīng)當(dāng)符合要求。 變壓器的溫升應(yīng)不超過(guò)規(guī)定位。變壓器應(yīng)當(dāng)有足夠的抗電強(qiáng)度和高的可靠性；變壓器的體積應(yīng)當(dāng)最小，重量應(yīng)當(dāng)最輕，效率越高超好。1.21.2 計(jì)算原始數(shù)據(jù)：計(jì)算原始數(shù)據(jù)：輸入脈沖的參數(shù)：脈沖變壓器的初級(jí)電壓 U1 V脈沖振蕩器的內(nèi)阻 R1 脈沖寬度 TK S脈沖前沿寬度 TS1 S脈沖的平頂降落 U1 V脈沖重復(fù)頻率 F HZ初級(jí)電路的引線電感 L1M H初級(jí)電路的引線電容 C1M F脈沖振蕩器的輸出電容 CZ F輸出脈沖的參數(shù)：脈沖變壓器設(shè)計(jì) 7負(fù)載電壓 U2 V負(fù)載電阻 R2 脈沖前沿寬度 Sst脈沖前沿頂部上沖 U2 V脈沖后沿寬度 Sjt脈沖的平頂降落 U2 V次級(jí)電路的引線電感

13、 L2m H次級(jí)電路的引線電容 C2m F負(fù)載電容 CF F速調(diào)管的參數(shù)如下： 超高頻功率 =30MWstP 效率 = 0.4 stn 板壓 U2=280KV 燈絲電壓 12V 燈絲電流 30A速調(diào)管需要的脈沖寬度為=2s，重復(fù)頻率為 F=50Hz。在 0.9 電平kt測(cè)得的脈沖前沿寬度應(yīng)0.3s；在 0.1 電平測(cè)得的脈沖后沿寬度應(yīng)st 0.5s 脈沖平頂降落應(yīng)2；前沿頂部不允許有上沖則jtUUU2=0?？紤]到速調(diào)管的效率，脈沖變壓器的輸出功率應(yīng)不低于75MW。由于功率大，希望脈沖變壓器的效率盡量高，最好為 0.9。脈沖振蕩器的內(nèi)阻為：電壓 U212kV，R11.82變壓器初級(jí)電路的寄生參數(shù)

14、為:引線電感 L1m0.1H；振蕩器電容與引線電容之和為 C1m=2500PF；儲(chǔ)能器充電電流的有效值為 ICH1.5。A脈沖變壓器設(shè)計(jì) 82 2 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)2.12.1 線路的計(jì)算線路的計(jì)算脈沖變壓器的設(shè)計(jì)從選取繞組線路開(kāi)始。選取繞組線路的主要根據(jù)是變比。脈沖寬度、繞組工作電壓、脈沖重復(fù)頻率等也必須考慮。例如，當(dāng)脈沖寬度很寬、電壓極高時(shí)，繞組匝數(shù)很多，必須采用多層繞組，盡管它的結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜。然而，只有經(jīng)過(guò)初步計(jì)算之后，才能說(shuō)明是否有這種必要。因此，在著手設(shè)計(jì)時(shí)，選取繞組線路的唯一根據(jù)就是變比。為了選取脈沖變壓器的繞組線路，首先確定變比：3231280 102412 10

15、0.95BUnU根據(jù)速調(diào)管的效率和板壓來(lái)確定它的等值直流電阻10474 . 0103010280623222stSTnPUR82. 12410472222NRR662221211109102. 082. 182. 182. 182. 1102UURRRRtLk首先檢驗(yàn)升壓變壓器脈沖前沿畸變時(shí)簡(jiǎn)化等值線路圖 2-1 分析升壓變壓器脈沖前沿畸變時(shí)所用的變壓器簡(jiǎn)化等值線路脈沖變壓器設(shè)計(jì) 9根據(jù)脈沖變壓器的性質(zhì)：假定在 x=0 時(shí):2121sstLsRR （2-1）221sstCR在 x=1 時(shí)212sstLsRR22sstCR在本設(shè)計(jì)中假定 X=0 按照設(shè)計(jì)要求，前沿頂部上沖應(yīng)等于零。根據(jù)圖選取 p

16、1。在p1 時(shí)，前沿頂部也沒(méi)有上沖，然而，這時(shí)脈沖前沿寬度加大。利用p1 的曲線，在 0.9 電平處求得前沿相對(duì)寬度為 3.25圖 2-2 負(fù)載為速調(diào)管時(shí)脈沖前沿標(biāo)準(zhǔn)無(wú)量綱曲線圖示為 =1 時(shí)負(fù)載為線性電阻脈沖變壓器設(shè)計(jì) 10時(shí)，為穩(wěn)定狀態(tài)下即匹配狀態(tài)下的非線性電阻的特性曲線。p電壓傳輸系數(shù)為5 . 082. 182. 182. 1212RRR允許的漏感和分布電容：21262661.0.3 10110.5 1 1.82 1.823.250.575 100.099 10sSStRRLH22629910.3 103.25 110.5 11.8229.7 10173 10sstCRF下面計(jì)算時(shí)將舍去

17、較小的漏感，而采用其較大的值；合去較大的分布電容，而采用其較小的值。 690.575 1029.7 10SLHCF為了保證前沿頂部沒(méi)有上沖，波阻抗應(yīng)具有如下的數(shù)值：4 . 4107 .2910575. 096CLS 按求得的和 C 及任務(wù)書(shū)規(guī)定的初次級(jí)電路寄生參數(shù)，確定允許的SL變壓器漏感和分布電容。假定變壓器初級(jí)繞組的出頭引線電感等于初級(jí)脈沖變壓器設(shè)計(jì) 11電路的引線電感。折算到次級(jí)的變壓器漏感為初級(jí)漏感倍，因而，次2n級(jí)繞組的出頭引線電感忽略不計(jì)。這時(shí)：脈沖變壓器的允許漏感和動(dòng)態(tài)分布電容如下：16660.575 100.1 100.1 100.375SBSMRMLLLL2199242929

18、.7 102.5 105 102424.3 10BMSTCCCC NF 2.22.2 絕緣的設(shè)計(jì)絕緣的設(shè)計(jì)高壓脈沖變壓器的絕緣包括骨架、繞組與地、層間絕緣、導(dǎo)線的匝間絕緣、灌封材料以及高壓引出等。其中任一環(huán)節(jié)的損壞都將導(dǎo)致變壓器的完全失效。因此，優(yōu)化高壓絕緣設(shè)計(jì)?？梢员ＷC或延長(zhǎng)其壽命。提高其可靠性架采用有機(jī)玻璃制作。將鐵心安裝在骨架中骨心，高壓脈沖從高電壓端的中心引出。次級(jí)線圈的另一端和初次線圈導(dǎo)線從低電壓端引出。重點(diǎn)設(shè)計(jì)各引線端彼此間的耐壓，并在骨架兩端做工藝孔。便于灌封材料的注入和排氣初次級(jí)線圈選擇表面質(zhì)量好。高強(qiáng)度縮醛漆包圓銅導(dǎo)線，以保證導(dǎo)線的匝間絕緣。層間絕緣材料選用絕緣電阻大、電氣強(qiáng)

19、度高、介質(zhì)損耗小、機(jī)械強(qiáng)度大和有良好的耐熱性的絕緣薄，其厚度根據(jù)層間電壓差計(jì)算膜沿面耐壓水平：由灌封材料的長(zhǎng)度來(lái)決定絕緣強(qiáng)度體絕緣性能：由灌封材料和薄膜厚度來(lái)決定絕緣強(qiáng)度將繞制好的高壓脈沖變壓器進(jìn)行真空浸油并密封。以提高變壓器油的絕緣強(qiáng)度，并在灌封前，對(duì)變壓器油進(jìn)行去雜質(zhì)、去濕等處理為提高高壓脈沖變壓器的耐壓性能，我們圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： (a) 采用有機(jī)玻璃制作絕緣筒，將鐵心安裝在絕緣筒中心，高壓繞組引線從高電壓端的中心引出、二次繞組的另一端和一次繞組導(dǎo)線從低電壓脈沖變壓器設(shè)計(jì) 12端引出著重設(shè)計(jì)好各引線端彼此間的絕緣強(qiáng)度，并在絕緣筒兩端留出工藝孔，便于油的注入和排氣。(b)

20、一二次繞組選擇表面質(zhì)量好、高強(qiáng)度縮醛漆包圓銅導(dǎo)線，以保證導(dǎo)線的匝間絕緣(c) 要求層間絕緣材料的絕緣電阻大、電氣強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗小、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好。絕緣薄膜的厚度則根據(jù)層間電壓差計(jì)算。(d) 沿面耐壓由油的絕緣強(qiáng)度來(lái)決定。(e) 體絕緣由油和薄膜厚度的絕緣強(qiáng)度來(lái)決定。(f) 要保證選用的變壓器油質(zhì)地純凈，絕緣性能穩(wěn)定，粘度較低。（g) 對(duì)高壓脈沖變壓器器身進(jìn)行真空浸油并密封，以提高變壓器油的絕緣強(qiáng)度，并在注油前，對(duì)變壓器油進(jìn)行去雜質(zhì)、去濕等處理。方案的初級(jí)電壓不算高，可以采用絕緣厚紙或電纜紙作為初級(jí)繞組與鐵心間的絕緣。然而，考慮到變壓器的功率極大，為了改善鐵心與繞組的散熱，最好初級(jí)繞組與

21、鐵芯間為純油間隙初級(jí)繞組的絕緣結(jié)構(gòu)如圖所示，為了便于對(duì)方案的變壓器進(jìn)行比較，為了改善鐵心的散熱條件，根據(jù) 60kv 的工作電壓來(lái)選取絕緣距離根據(jù)變壓器油的抗電強(qiáng)度，取1其一半，求得絕緣距離=0.85考慮到鐵心表面不光滑，會(huì)使絕緣間1cm隙中的電場(chǎng)有某些不均勻，以及絕緣支架表面擊穿電壓較低，還希望1鐵心和初級(jí)繞組有良好的散熱條件，因此=1。用有機(jī)玻璃做絕緣1cm骨架。由于初次級(jí)繞組間電壓極高，并考慮到在脈沖振蕩器及脈沖變壓器過(guò)電壓下這調(diào)管會(huì)發(fā)生短時(shí)擊穿，可能產(chǎn)生火花，因此，初次級(jí)繞組間用純油間照絕緣。在故障狀態(tài)，絕緣間隙可能短時(shí)擊穿，采用油絕12 緣，能自動(dòng)恢復(fù)其絕緣性能。當(dāng)油老化時(shí)，不必把變壓

22、器拆下來(lái)就可以換油，這都是采用該種絕緣介質(zhì)的主要原因。在絕緣結(jié)構(gòu)中，繞組間的電場(chǎng)是非常均勻的。為了確定絕緣距離，12 脈沖變壓器設(shè)計(jì) 13要考慮變壓器油的抗電強(qiáng)度和脈沖寬度、電極距離、電極形狀等因素的關(guān)系。根據(jù)允許電場(chǎng)強(qiáng)度為 140160 kVcm 求得絕緣距離2-2.512 ?？紤]到使用過(guò)程中油的老化，取此絕緣距離等于骨cm12 cm3 . 012架的厚度，通常此=0.3。仍用有機(jī)玻璃做骨架。12cm在所選的變壓器結(jié)構(gòu)中，繞組的散熱條件很好。電流密度可以提高到 1520。然而為了保證變壓器有較高的效率，為了防止速調(diào)2mmA管燈絲電流在次級(jí)繞組中產(chǎn)生過(guò)大的電壓降，取電流密度為 5。2mmA降壓

23、燈絲變壓器接到次級(jí)繞組的 I 組和 II 組間，次級(jí)繞組始端接交流電網(wǎng)。這時(shí)，次級(jí)繞組每段的燈絲電流為：A82. 0222030122DDDDIUUI按已知的脈沖重復(fù)頻率及脈沖寬度，脈沖占空系數(shù)：46101025011KFtq次級(jí)繞組每段及初級(jí)的有效值電流分別為：A67. 010104741028044432222qRUqIIE120.67 2416EEIInA忽略集肌膚負(fù)效應(yīng)時(shí)各段的等值電流為：A98. 182. 028 . 267. 02222222DDREDZIKIIA2745 . 18 . 2164222211CHREDZIKII為了減弱集膚效應(yīng)，初級(jí)繞組用幾股線并聯(lián)繞制。每股的線徑和

24、次級(jí)繞組一樣。初級(jí)繞組并聯(lián)的股數(shù)為：脈沖變壓器設(shè)計(jì) 142498. 12721DZDZIINmmjIDDDZ71. 0598. 113. 113. 1221集膚效應(yīng)系數(shù)為：1 . 21021071. 018. 2118. 2163KZFtDK考慮到集膚效應(yīng)，把線徑增大到 0.9，這時(shí)的電流密度和所取值mm相差不多確定了匝數(shù)和匝間電壓之后，選取導(dǎo)線牌號(hào)，并確定匝間距離。初步計(jì)算叫取匝間距離為 1.2mm2.32.3 鐵心和繞組的選擇鐵心和繞組的選擇2.3.12.3.1 鐵心的設(shè)計(jì)要求鐵心的設(shè)計(jì)要求 鐵心是脈沖變壓器的重要組成部分。脈沖變壓器的體積、質(zhì)量等主要指標(biāo)都由鐵心來(lái)確定 脈沖變壓器鐵心中發(fā)

25、生的電磁過(guò)程和普通電源變壓器一樣，都遵循如下的規(guī)律； 1電磁感應(yīng)定律，該定律確定了變壓器繞組電壓與鐵心磁通變化串之間的關(guān)系； 2全電流定律，該定律確定了鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和變壓器磁化電流間的關(guān)系； 3磁滯現(xiàn)象，該現(xiàn)象表示鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化和磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系； 4隨時(shí)間而變化的磁通穿過(guò)鐵心時(shí)引起的渦流現(xiàn)象； 5鐵心的磁飽和現(xiàn)象。 脈沖變壓器的主要特點(diǎn)是：鐵心中發(fā)生的一切電磁過(guò)程都是高速的和不對(duì)稱的脈沖寬度和重復(fù)頻率不同，其中電磁過(guò)程變化的速度及不對(duì)脈沖變壓器設(shè)計(jì) 15稱性都有很大差別。由于渦流和磁通的變化率成比例，因此，脈沖變壓器鐵心中的渦流是極其顯著的。渦流的存在，使鐵心損耗激增。有效磁導(dǎo)率大

26、幅度下降。如果不采取有效措施，鐵心中電磁過(guò)程的不對(duì)稱性使鐵心材料的磁性能得不到充分利用。脈沖變壓器的鐵心型式和其他變壓器一樣，脈沖變壓器使用的鐵心型式有殼式、心式和環(huán)形三種。一般，大功率脈沖變壓器使用 CD 型心式鐵心或者具有接近圓截面的心式鐵心，當(dāng)需附加直流偏置時(shí)，使用不切開(kāi)的 C 形鐵心，這種鐵心稱為矩形鐵心。中小功串脈沖變壓器使用 ED 型和環(huán)形卷統(tǒng)鐵心。鐵心尺寸根據(jù)提高勵(lì)磁電感，減小寄生參數(shù)，縮小鐵心體積這一原則來(lái)確定。脈沖變壓器鐵心的工作狀態(tài)和電源變壓器不同，對(duì)材料的要求也不一樣。脈沖變壓器的鐵心材料必須具備如下特性。1在前沿很陡的窄脈沖作用下，磁感應(yīng)增量的變化率極高，在鐵心中將感生

27、強(qiáng)烈的渦流，引起顯著的損耗，為了降低這種損耗，確保在窄脈沖情況下能得到高的有效脈沖磁導(dǎo)宰，希望鐵心材料的電阻率越高超好。2前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，對(duì)于不加去磁磁場(chǎng)的脈沖變壓器來(lái)說(shuō)，鐵心工作在極限局部磁滯回環(huán)上，為了能有較高的 B 值，鐵心材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度越高越好，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度越低越好3為了改善脈沖變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)大功率脈沖變壓器時(shí)，都要外加去磁磁場(chǎng)。對(duì)于這種變壓器來(lái)說(shuō)，希望鐵心材料的矯頑磁力要小，矩形系數(shù)要大，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度要高4為了降低脈沖變壓器的溫升，希望鐵心材料的比損耗越小越好。5鐵心材料還應(yīng)當(dāng)具有良好的溫度穩(wěn)定性及耐輻射性等。 脈沖變壓器的常用鐵心材料有：電工鋼、軟磁合金、軟磁

28、鐵氧體、非晶態(tài)臺(tái)金等對(duì)于脈沖變壓器來(lái)說(shuō)，最常用的鐵心材料是冷軋電工鋼DGl-DG4。在沒(méi)有退火的狀態(tài)下，該材料有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和較低的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。退火以后，這種材料的磁滯回環(huán)有較高的矩形度，有較高的平均脈沖磁導(dǎo)串，加上價(jià)格低廉，因而在大小脈沖變壓器中都脈沖變壓器設(shè)計(jì) 16廣為采用。在設(shè)計(jì)大功率脈沖變壓器時(shí)，為了得到最小的體積，最輕的重量，希望鐵心的磁感應(yīng)增量和脈沖磁導(dǎo)率越大越好。可見(jiàn)，磁感應(yīng)增量越高，脈沖磁導(dǎo)率也越高。因而，希望選取比較高的磁感應(yīng)增量。 然而，磁感應(yīng)增量越高，鐵心的磁滯與渦流損耗將更高。磁感應(yīng)增量提高幾倍，鐵心的截面積就減小到原來(lái)的幾分之一。在磁路長(zhǎng)度不變的情況下。隨

29、著截面的減小，鐵心體積、鐵心損耗、繞組平均匝長(zhǎng)、繞組損耗等都下降。選取冷軋電工鋼帶 DG2 為鐵心材料。它的價(jià)格比軟陽(yáng)合金低，磁性能也比較好。為了降低鐵心損耗，選取帶厚為 0.05mm.鐵心做成帶繞式的，形狀為 C D 形，但不切開(kāi)。先卷繞后退火，以保證磁滯回環(huán)有較高的矩形度。為了減小鐵心尺寸，取磁感應(yīng)增量為此。Ts322.3.22.3.2 鐵心的去磁電路鐵心的去磁電路要想得到這樣高的磁感成增量，必須有去磁磁場(chǎng)。由于人工線的充電電流不夠大，必須利用專門的去磁電源，經(jīng)脈沖變壓器的初級(jí)繞組去磁。 、鐵心去磁電路的計(jì)算脈沖變壓器設(shè)計(jì) 17圖 2-3 脈沖變壓器的直流去磁電路在圖中 是產(chǎn)生去磁電流的電

30、源；是阻流圈用來(lái)防止去磁電源對(duì)脈QIZLI沖電壓的短路。為了阻流圈對(duì)脈沖平頂沒(méi)有影響，電感量足夠大，而分布電容要足夠小。電容 用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行旁路，防止在去磁電源的內(nèi)PC阻上產(chǎn)生脈沖壓降。去磁可由下式確定： （2-1QQmI NHl2）采用圖 2-3 所示的去磁電路。去磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度應(yīng)比材料的矯頑磁力略大一些。根據(jù) DG20.05 的矯頑磁力為 36A/m 選取去磁磁場(chǎng)強(qiáng)度為 HQ1.25HC1.253645A/m根據(jù)式 2-2 可得：145 1.0369.35QQH lIAN去磁電流沿初級(jí)的四段繞組流過(guò)，各段的電流密度約增大 15，因而，這是允許的。不需要改變導(dǎo)線直徑。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)，去

31、磁電路中阻流圈的電感量也不同，其值分別為：HLLZ661102220151014815初級(jí)電路的總電感滿足電參數(shù)及平頂降落的要求。為了方便起見(jiàn)，把阻流圈做成單層螺線管式的從圖 2-4 可見(jiàn)，DG20.05 的比磁化能為 20 x10-4J/cm3因而，當(dāng)脈沖重復(fù)頻率為 50Hz 時(shí)，單位體積的損耗為 0.1wcm3比損耗相對(duì)不高，鐵心的溫升不會(huì)超過(guò)允許值。 根據(jù)脈沖寬度和鐵心材料的帶厚，按圖 2-5 求得有效脈沖磁導(dǎo)率kt為 3000。e脈沖變壓器設(shè)計(jì) 18 假定鐵心的制造工藝十分完善，因而，鐵心的填充系數(shù)為 0.85，為了減小繞組的平均匝長(zhǎng)，鐵心截面做成正方形的，這時(shí)1。對(duì)于四段sk并聯(lián)的錐

32、形繞組來(lái)說(shuō)：圖 2-4 時(shí)鐵心材料的比磁化性能和脈沖寬度的關(guān)系T3脈沖變壓器設(shè)計(jì) 19圖 2-5 有效脈沖磁導(dǎo)率和脈沖寬度的關(guān)系 mDDPNDFKKL333211212,1045. 33102 . 1102 . 11 . 0322103. 0413322141 mFNPNFKKC4221212121102 .201241 . 0322103. 02 . 2301. 02 . 2413221314, 取 求的系數(shù) 為1 . 0122 . 2121msCCLLFFBKUtBPSBPCLTKS943369191067. 13 .244 . 51375. 02 . 01102 .201045. 35

33、. 085. 03101210225. 31015. 2111015. 2鐵心的截面積為：2242962692222 .19102 .1911067. 10012. 00012. 003. 001. 0103 . 011103 . 011067. 12112cmmKDttKSSKKSSS為了鐵心截面積為正方形，所許的鋼帶寬度：脈沖變壓器設(shè)計(jì) 20mmcmSa444 . 42 .19當(dāng)成品鋼帶沒(méi)有合適的寬度時(shí)，可以自己下料。如果不能下料，可選取 20mm 寬的鋼帶，用兩個(gè)鐵心疊起組成一個(gè)鐵心。在兩個(gè)鐵心間留有一定寬度的油道，從而把鐵心散熱面積近似提高一倍。然而，這時(shí)鐵心截面積不是方的。鐵心截面的

34、形狀也不是最佳的。取油道寬度為0.5cm。鐵心截面的相應(yīng)參數(shù)如表所示。表（2-1）鐵心截面的參數(shù)由上表可確定鐵心截面221.6scm鐵心填充系數(shù) 0.755TK 1.005SK 2.3.32.3.3 繞組的選擇繞組的選擇繞組的設(shè)計(jì)原則：滿足規(guī)定的絕緣要求；大功率脈沖變壓器須保證有足夠的散熱面積和通道；盡可能縮短繞組長(zhǎng)度，以降低銅損；使脈沖變壓器體積最小；滿足允許的漏感和分布電容值，能獲得最低值。減少漏感的方法： 低壓小功率脈沖變壓器，當(dāng)變壓比1 時(shí)，采用雙線(對(duì) 2 個(gè)繞組)n或多線(對(duì)多個(gè)繞組)并繞能大幅度降低變壓器漏感值。當(dāng) nl 時(shí)可將匝數(shù)少的繞組夾在匝數(shù)多的繞組中繞制。這種方法對(duì)環(huán)形結(jié)

35、構(gòu)最為合適。 減小繞組間絕緣厚度。由于減小絕緣厚度即減小了漏磁面積，故可減脈沖變壓器設(shè)計(jì) 21小漏感。但此時(shí)分布電容增大。 增大繞組高度。由于漏感與繞線寬度成反比，增大繞線寬度可減小漏感這相當(dāng)于增大鐵心窗高。繞組高度增大后其厚度可減薄，這可進(jìn)一步減小漏感。 改變繞組排列，增加漏調(diào)磁勢(shì)組數(shù)。由于漏感與漏調(diào)磁勢(shì)組數(shù)的平方成反比，可采用交叉繞法來(lái)增大其值，以減小漏感。但此時(shí)分布電容增大。 采用“自藕式”繞法，采用。自藕式”繞法可減小調(diào)感。如當(dāng) n=2。自藕式”繞法的漏感為普通繞法的四分之一。在此需說(shuō)明的是，由于減小漏感與減小分布電容之間是相互矛盾的。因此，必須折衷考慮達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)。根據(jù)下圖要求寄生

36、時(shí)間常數(shù)小、抗電強(qiáng)度高的線路選定采用變壓器式線路,錐形繞組，由上文知=24，此時(shí)寄生時(shí)間常數(shù)nnT1.變壓器式線路，錐形繞組 2。自耦變壓器式線路，餅式繞組；3.M=1 的 B1 線路； 4。變壓器式線路，餅式繞組圖 2-6 餅式繞組和錐形繞組的寄生時(shí)間常數(shù)與變比的關(guān)系考慮到次級(jí)電壓很高，因此應(yīng)選取寄生時(shí)間常數(shù)小，抗電強(qiáng)度高的脈沖變壓器設(shè)計(jì) 22方案。需要采用錐形繞組。圖 2-7 錐形繞組的結(jié)構(gòu)在圖中 h 為導(dǎo)線的寬度， 為初級(jí)到鐵心的距離。為骨架寬度，112為絕緣間隙。12采用錐形繞組，不僅可以降低脈沖前沿的畸變，而且能減小鐵心體積，使整個(gè)變壓器的外形尺寸，以及所用的絕緣材料的數(shù)員都顯著下降

37、。為了提高變壓器的抗電強(qiáng)度，希望初次級(jí)繞組都由四段并聯(lián)組成。這時(shí)，變壓器的繞組線路如圖 2.3.5 所示。為了結(jié)速調(diào)管燈絲供電，次級(jí)繞組分成對(duì)稱的兩組 I 和。盡管次級(jí)繞組分別繞在兩個(gè)不同的鐵心往上，速調(diào)管燈絲電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)仍能相互補(bǔ)償。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 23圖 2-8 脈沖變壓器繞組各段連接圖確定了鐵心截面積之后，可確定初次級(jí)繞組的匝數(shù)： 2-41121KTU tNBSKNNN在考慮繞組線路、導(dǎo)線的絕緣及匝間距離的情況下，根據(jù)每層匝數(shù)和帶絕緣線徑來(lái)確定繞線高度 h。當(dāng)繞組為多層時(shí)，層數(shù)越多，繞線高度就越短。通常，在保持足夠抗電強(qiáng)度的前提下，希望繞線高度越小越好。繞線高度與絕緣距離h, h確定

38、了鐵心柱的高度。絕緣距離 確定了鐵軛的長(zhǎng)度kkd Teh鐵心的平均磁路長(zhǎng)度 2-5224Telhhhhs把求得的鐵心平均磁路長(zhǎng)度代入 2-6722224101KTPteUSK l B U檢查其是否滿足要求。這時(shí)，公式中應(yīng)代入鐵心的有效脈沖磁導(dǎo)率， 如果式 2-6 不成立，則說(shuō)明求得的鐵心截面積不能保證允許的脈沖平頂降落。為了能滿足該不等式，需要采取如下措施：1、采用更好的鐵心材料，或把鐵心材料的帶厚減薄一些，以降低渦流損耗，提高有效脈沖磁導(dǎo)率。由于脈沖磁導(dǎo)率的下降主要是渦流引起的，采用更薄的帶料往往能取得良好的效果。 2、適當(dāng)降低磁感應(yīng)增量當(dāng)磁感應(yīng)增量下降時(shí)，鐵心截面積和鐵心體積都增長(zhǎng)，因而，

39、通常不希望采用這種措施。由表 2-1 可知 S ，KT的值 同時(shí)由確定的值傳熱系數(shù) KK= 62 1023SB 脈沖變壓器設(shè)計(jì) 24具體計(jì)算如下:9 . 4755. 0106 .213102101246311TKSKKUN取1202455121NNNN為了確定繞線高度先求匝間距離，匝間電壓為：KVNUUZ33. 212010280322匝間電壓不算太高，可以采用導(dǎo)線。當(dāng)線徑為 0.93時(shí)，它2QZmm的交流擊穿電壓為 3000 V，兩股線可以承受 5000V 耐壓，保證抗電強(qiáng)度有一倍以上的余量。為了加強(qiáng)匝間絕緣，提高變壓器的可靠性，最好采用絲包漆包線等，帶絕緣線徑 1.1左右?？紤]到排繞系數(shù)，

40、認(rèn)為匝間距離為SQmm1.25。這時(shí)，每段的繞線高度為：mm21.251.25 120150hNmm鐵心窗口的高度22 0.150.010.32Thhhm不同鐵心柱上高壓引出頭之間的距離取為 2cm。這時(shí)鐵心窗口的寬度為20.022 0.01 0.030.001250.020.105TeKKhDm 鐵心的平均磁路長(zhǎng)度2242 0.322 0.1054 0.0481.036TTelhhbm 假定平頂降落小于 2%，鐵心截面積由表 3.1 確定的 S=21.62cm脈沖變壓器設(shè)計(jì) 25由下式驗(yàn)算平均磁路長(zhǎng)度是否滿足要求，72222667342341021.61475 102 103000 105.

41、6 101 0.05100.755 1.036 3280 10KTPteUSK l B U 由結(jié)果知符合要求。2.42.4 脈沖變壓器的脈沖的計(jì)算脈沖變壓器的脈沖的計(jì)算脈沖變壓器的等效分析，可以把脈沖作用分為三個(gè)階段， 即前沿階段、頂部階段、后沿階段，因?yàn)樵谇把仉A段，對(duì)于等效高頻的電壓上升階段，勵(lì)磁電感里高阻效高頻的電壓上升階段， 勵(lì)磁電感里高阻抗，我們可以近似忽略 同時(shí)由于脈沖變壓器繞組間存在漏感及雜散電容，這些雜散參數(shù)的存在，使前沿很陡的脈沖變壓加到變壓器上時(shí)及脈沖結(jié)束后在變壓器電路中將產(chǎn)生復(fù)雜的振蕩過(guò)程， 這些振蕩嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)使所變換的波形產(chǎn)生畸變。所以要合適設(shè)計(jì)阻尼系數(shù)，通常認(rèn)為當(dāng)負(fù)載

42、阻尼狀態(tài)，由于脈沖變壓器繞組間存在漏成，繞組和變壓器其他結(jié)構(gòu)零件間存在分布電容。這些寄生參數(shù)的存在，使前沿很陡的脈沖電壓加到變壓器上時(shí)，以及脈沖結(jié)束后，在變壓器電路中將產(chǎn)生復(fù)雜的振蕩過(guò)程。這種振蕩嚴(yán)重影響脈沖變壓器的工作，使所變換脈沖的波形發(fā)生畸變。因此，分析與研究變壓器電路中的振蕩過(guò)程是極其重要的。這種振蕩是寄生參數(shù)引起的，在設(shè)計(jì)脈沖變器時(shí)，應(yīng)盡量減小類似參數(shù)。在脈沖的計(jì)算中，需要計(jì)算脈沖的平頂降落，脈沖的前沿畸變，脈沖的后沿寬度。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 262.4.12.4.1 脈沖平頂降落的驗(yàn)算脈沖平頂降落的驗(yàn)算檢查脈沖平頂降落 722427662110241 0.0521.6 100.755

43、1.036 310475 102 1030001.34 10TKSK l BUUPte 檢查脈沖平頂降落應(yīng)小于 0.02，由設(shè)計(jì)知平頂降落符合要求2.4.22.4.2 脈沖的前沿畸變驗(yàn)算脈沖的前沿畸變驗(yàn)算為了保證前沿頂部沒(méi)有上沖，按算出和然后按下式確定波阻抗：SLCSLC所設(shè)計(jì)脈沖變壓器的波阻抗如果等于按上式求得的值，則前沿頂部就不會(huì)出現(xiàn)上沖。在確定鐵心截面積時(shí)沒(méi)有考慮這種狀配。因此，必須對(duì)初步設(shè)計(jì)出的脈沖變壓器進(jìn)行驗(yàn)算，檢查漏感和動(dòng)態(tài)電容之比是否滿足要求。按下式驗(yàn)算波阻抗： （2-7）SSBPBPLLLCCC初步設(shè)計(jì)出的脈沖變壓器，通常部不滿足上式。因此，需要對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行修正。修正的方法并

44、不復(fù)雜通過(guò)對(duì)按阻抗的驗(yàn)算，調(diào)整一下絕緣距離或繞線高度就可以了。如果波阻抗大干所需要的值，應(yīng)該減小絕緣距離，但必須保證足夠的抗電強(qiáng)度。當(dāng)不允許減小絕緣距離時(shí)，就增大繞線高度。如果技阻抗小于所需要的值，則應(yīng)增大絕緣距離，或減小繞線高度。有時(shí)，通過(guò)改變磁感應(yīng)增量，或選取相應(yīng)的繞組線路，來(lái)保證必須的波阻抗。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 27 為了取得不同線路的波阻抗值，最好是調(diào)整絕緣距離。因?yàn)?，絕緣距離的變化對(duì)脈沖前沿和鐵心截面積部影響不大。增大繞線高度將導(dǎo)致鐵心體積和鐵心損耗都增長(zhǎng)，因而是不希望的。上述參數(shù)中只要有一個(gè)發(fā)生了變化，都要按式:2211SKKSSStdKStK （2-42224101KeTPtUSlK

45、BU8）重新計(jì)算鐵心的截面積。實(shí)際上式兩邊之差在10的范圍內(nèi)已經(jīng)可以了。因?yàn)椋绊懧└泻蛣?dòng)態(tài)電容的還有匝間距離、脈沖狀態(tài)下的介電常數(shù)、鐵心的存在等，這些因素都是難以考慮的。此外，波阻抗在15的范圍內(nèi)變化，對(duì)頂部上沖和前沿寬度影響不大。根據(jù)采用變壓器繞組的形式，可以確定漏感和分布電容。由于鐵心的存在漏感將增大 1.25 倍可確定在變壓器式線路 B2，錐形繞組的漏感和動(dòng)態(tài)電容的公式：hNdPFNLKKLSB217105 （2-NFPhCKKCB,8 .1010109） 和有下面求出。NdFKKLNFKKC,在確定漏感 LS和分布電容，計(jì)算允許的變壓器漏感和動(dòng)態(tài)電容212MSBSMSPLLLLLLN

46、 （2-212BMZMFPCCCCCCNCC脈沖變壓器設(shè)計(jì) 2810）-外電路的寄生電感212MPMLLLN-外電路的寄生電容212PZMMFCCCCCN為了檢查脈沖前沿的畸變，首先根據(jù)采用的錐形繞組算出變壓器的漏感和動(dòng)態(tài)電容。繞組平均匝長(zhǎng)及比值p 為：12 420.0480.04540.01 0.030.001250.0012520.356kkabPDm 120.030.08450.356p變壓器的漏感：72112121122726510243351050.3564 0.15120.030.001250.001250.035230.35630.33 10SBN PddLhP初級(jí)繞組的動(dòng)態(tài)電容

47、10101194104 2.2 0.356 0.15 1010.810.80.010.139 10BPhCF繞組之間的動(dòng)態(tài)電容1021212121029410123110.8234 2.2 0.356 0.15 1010.80.031230.084524 132.6 1023BPNCNPF求系數(shù)：脈沖變壓器設(shè)計(jì) 291121112999991220.139 102.5 100.139 102.5 1032.6 105 10240.069BmBmBFCCXCCCC N 通過(guò)確定變壓器的波阻抗：BBSBCCL12121112669991220.33 100.2 100.139 102.5 1032

48、.6 105 10243.72SBPBmBFLLCCCC N 根據(jù)求的 x 和圖確定波阻抗及前沿相對(duì)寬度s圖 2-9 參數(shù)，x ，a 的關(guān)系s波阻抗已有在第一節(jié)所確定的，所要求的數(shù)值如下： 4.43.05S設(shè)計(jì)變壓器的波阻抗和所需值有一定差別，可以改變絕緣距離12 根據(jù)計(jì)算求的絕緣距離和平均匝長(zhǎng) 123.5cm37.6Pcm72112121122726510243351050.3764 0.15120.0350.001250.001250.035230.37630.396 10SBN PddLhP脈沖變壓器設(shè)計(jì) 301021212121029410123110.8234 2.2 0.376 0

49、.15 1010.80.035120.035324 127.6 10230.376BPNCNPF改變絕緣距離變壓器的漏感和繞組間動(dòng)態(tài)電容12 脈沖前沿寬度：112166999263.05 0.5 0.396 100.2 100.139 1027.6 105.4 100.303 100.303SSSBPBPBtLLCCCSS根據(jù)要求規(guī)定脈沖前沿寬度在 0.9 電平時(shí)不超過(guò) 0.3，計(jì)算的結(jié)果基S本符合要求，可以繼續(xù)其他的各步設(shè)計(jì)2.4.32.4.3 脈沖后沿寬度的檢查脈沖后沿寬度的檢查要想精確地計(jì)算出脈沖后沿的寬度是相當(dāng)困難的。由于速調(diào)管的伏安特性是非線性的，當(dāng)脈沖電壓下降時(shí)，它的內(nèi)阻增長(zhǎng)。衰減

50、系數(shù) 1也隨電壓的降低而減小。然而，我們對(duì)精確的后沿寬度并不感興趣。只要能知道后沿寬度不超過(guò)允許值就足夠了。計(jì)算時(shí)認(rèn)為：速調(diào)管電壓從額定位降到 0.1 電平的過(guò)程中，衰減系數(shù)1恒定不變，并等于 0.1 電平時(shí)的值。這樣一來(lái)，實(shí)際的后沿寬度將小于計(jì)算值。當(dāng)功率為速調(diào)管時(shí)伏安特性：32SsSIg U （2-112222SPSPURUUR脈沖變壓器設(shè)計(jì) 3111）所以由上式可得：2211221.825.760.1PSSPRRUU 1112126999291 100.139 1027.6 10 5.4 102 5.764.5BBPLCCCR1 大于 2 計(jì)算脈沖后沿寬度?？捎山乒絹?lái)確定后沿寬度：

51、（2-2.3jtRC12）99921122.32.3 5.76 0.139 1027.6 10 5.4 100.434jBBPtRCCCs根據(jù)要求脈沖后沿寬度應(yīng)小于 0.5，因此計(jì)算脈沖后沿寬度符合要求。s2.52.5 脈沖變壓器的整體結(jié)構(gòu)脈沖變壓器的整體結(jié)構(gòu)脈沖變壓器繞組的絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足下列要求： 1、繞組絕緣應(yīng)當(dāng)具有足夠的抗電強(qiáng)度，在各種可能的過(guò)電壓下都不應(yīng)當(dāng)發(fā)生擊穿或飛??； 2、繞組的寄生時(shí)間常數(shù)應(yīng)當(dāng)盡可能小 3、在最高工作溫度下及規(guī)定的使用期限內(nèi)，繞組絕緣的電氣和機(jī)械性能應(yīng)滿足要求。 因此，所用絕緣材料的抗電強(qiáng)度越高越好，介電常數(shù)越小越好。電壓五十到幾百千伏的脈沖變壓器都是油浸式的。

52、在這種變壓器中，繞組的絕緣結(jié)構(gòu)主要由抗電強(qiáng)度來(lái)確定。高壓下電場(chǎng)的不均勻性對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)脈沖變壓器設(shè)計(jì) 32的抗電強(qiáng)度有極大影響。設(shè)計(jì)高壓脈沖變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證繞組和鐵心間及繞組各層之間的電場(chǎng)要盡可能均勻。此外，在設(shè)計(jì)絕緣系統(tǒng)時(shí)要注意有足夠的表面爬電距離；圖上表示了錐形繞組超高壓脈沖變壓器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。1.鐵心 2.2. 初級(jí)繞組 3. 有機(jī)玻璃骨架 4.次級(jí)繞組圖 2-10 高壓脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)初級(jí)繞組 2 繞在鐵心 l 上。由于初級(jí)電壓退常不超過(guò) 50kV，因此，初級(jí)和鐵心洞的絕緣比較簡(jiǎn)單。高壓繞組由四段并聯(lián)組成，每段都是單層的。各段的始端均在鐵獲附近，而終端高壓引出頭在鐵心柱的正中間。因此，高電

53、位點(diǎn)離鐵心很遠(yuǎn)。由于各段的高壓引出頭的電位相等，不需要很大的絕緣距離。從鐵扼到鐵心注正中間，電壓是均勻增長(zhǎng)蝴從鐵心注正中間到另一個(gè)鐵軛，電壓又均勻下降，從而保證絕緣間隙 12：中的電場(chǎng)比較均勻。次級(jí)繞組 4 繞在有機(jī)玻璃做成的盒式骨架上。因此，不存在表面放電的平面，自然不會(huì)發(fā)生類似的擊穿。每個(gè)骨架都由四塊組成，靠次級(jí)繞組的導(dǎo)線固定在鐵心上。從繞組終端到始端，絕緣距離 12逐漸減小、。這不僅可以降低繞組的寄生時(shí)間常數(shù)，而且可以提高絕緣系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 33在設(shè)計(jì)脈沖變壓器的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，要特別注意變壓器的高壓引出頭。由于電壓極高，燈絲變壓器和這調(diào)管陰極之間的連線要盡量短。速調(diào)管陰極引

54、出頭也希望浸在變壓器油中?？紤]到這些要求而設(shè)計(jì)出來(lái)的脈沖變壓器如圖所示。在圖示中：1.脈沖變壓器 2.3.有機(jī)玻璃骨架 4.底板 5.螺桿 6.內(nèi)箱殼7.有機(jī)玻璃絕緣子 8.法蘭盤 9.彎角支架 10.接頭 11.變壓器12.擴(kuò)張器 13.初級(jí)高壓絕緣子圖 2-11 脈沖變壓器的整體結(jié)構(gòu) 利用彎角支架和拉緊螺栓把脈沖變壓器 l 固定在頂蓋上。變壓器下端固定在底板 4 上。用螺桿 5 和內(nèi)箱殼 6 把底板與頂蓋連在一起。在內(nèi)箱殼 6 的左壁上裝有圓盤式有機(jī)玻璃絕緣子 7。脈沖變壓器、燈絲變壓器、速調(diào)管陰極等彼此間的連線都很短，結(jié)構(gòu)非常緊湊。內(nèi)箱殼 6 中也灌滿變壓器油。法蘭盤 8 起密封作用。速

55、調(diào)管也靠該法蘭盤固定。為了換油刀使，把箱殼分為兩部分。絕緣子上裝有彎角支架 9。該支架上裝有可拆卸的接頭 10，用來(lái)把脈沖高壓和來(lái)自變壓器 11 的燈絲電壓加到速調(diào)管陰極。圓盤式高壓絕緣子垂直安裝，不僅可以縮短次級(jí)高壓引線的長(zhǎng)度，而且能防止油中微粒沉積到絕緣子表面上去。 脈沖變壓器設(shè)計(jì) 34箱殼的頂蓋上裝有擴(kuò)張器 12 和初級(jí)高壓絕緣子 13。為落實(shí)在高壓狀況下的安全運(yùn)行，變壓器制造時(shí)必須徹底干燥，完全浸漬并封密在一個(gè)防漏的箱體容器內(nèi)。為了避免氣泡或氣隙留存于絕緣系統(tǒng)中，在干燥與浸漬時(shí)應(yīng)特別重視。氣泡或氣隙的存在會(huì)導(dǎo)致高電場(chǎng)及絕緣系統(tǒng)可能被擊穿或性能惡化。下面是典型的浸漬工藝程序介紹。將待浸漬

56、的元件放入90的烘箱中，保溫不少于4小時(shí)，然后將元件完全密封在容器內(nèi)，只留一個(gè)小的注油孔。在真空條件下把變壓器油加熱到70并保溫34時(shí)后備用。把裝有元件的容器抽真空至lHg，并在90的溫度中保持2小時(shí)；允許在低mm40Hg柱之真空度下，將油充入裝有元件的容器中；再在真空狀態(tài)下mm保持0.5小時(shí)。在常壓下放置0。5小時(shí)。然后在40Hg柱下放l5分鐘，mm在正常大氣壓下放l5分鐘，如此循環(huán)四次。注意，在所有這些過(guò)程中，均應(yīng)將f由溫保持在70左右。在70溫度的油中將容器的充油孔密封。然后將裝有元件的容器從油中取出進(jìn)行徹底清洗(可使用三氯乙烯)；將元件放入冷凍箱中降溫至4(或其它要求的溫度，可根據(jù)元件

57、的工作環(huán)境與技術(shù)條件確定)，再放入 90 的烘箱中直到其徹底加熱為止；之后檢查容器是否漏油。如果發(fā)生漏油則必須返工；如果不漏油，就可以油漆容器表面。2.62.6 脈沖變壓器的溫升與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)脈沖變壓器的溫升與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2.6.12.6.1脈沖變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)脈沖變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變壓器的溫升應(yīng)不超過(guò)允許值。允許溫升等于絕緣材料的極限工作溫度與最高環(huán)境溫度之差。對(duì)于變壓器油來(lái)說(shuō)，極限工作溫度為 95。一般最高環(huán)境溫度為 40 一 50。因此，允許溫升為 40左右。為了降低溫升，變壓器應(yīng)當(dāng)有足夠的散熱面積脈沖變壓器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有：效率、功率系數(shù)以及有效材料的利用系數(shù)，該系數(shù)是衡量變壓器優(yōu)劣的重

58、要依據(jù)。利用系數(shù)表示單位功率消k耗的鐵心和繞組材料。脈沖變壓器設(shè)計(jì) 35脈沖磁化時(shí)的鐵心損耗高的效率。影響變壓器效率的主要因素是鐵心損耗。鐵心損耗由磁滯損耗、渦流損耗、磁后效作用引起的損耗、及鐵心鋼帶之間絕緣不良引起的損耗等疊加而成。 經(jīng)驗(yàn)表明，精確地計(jì)算出以上各種損耗是比較困難的。而且，鐵心鋼帶之間絕緣不良引起的損耗由制造工藝來(lái)確定，各單位的工藝條件互不相同，因此，這種損耗是無(wú)法解析計(jì)算的。脈沖變壓器的鐵心損耗，常根據(jù)某些條件下試驗(yàn)得到的曲線，加上必要的計(jì)算來(lái)確定。鐵心的平均脈沖磁導(dǎo)率也用這種方法確定，然而，磁性材料的品種很多，脈沖變壓器的工作狀態(tài)也互不相同，測(cè)出所有必須的參數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的。

59、此外，測(cè)得的這些數(shù)據(jù)也有一定的局限性。因此，工程實(shí)踐中通常只考慮磁滯與渦流兩種損耗。 在推導(dǎo)磁滯與渦流損耗的公式時(shí)，通過(guò)某些簡(jiǎn)化，使導(dǎo)出的公式有一定余量，以補(bǔ)償磁后效及鐵心鋼帶絕緣不良等因素引起的損耗。當(dāng)然，這種方法會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。實(shí)踐表明，其精度是足夠的。2.6.22.6.2 脈沖變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的驗(yàn)算脈沖變壓器的溫升和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的驗(yàn)算鐵心損耗：44621.6 100.755 1.036 50 20 1010169TTPVFWSK lFWW為了計(jì)算繞組損耗，先確定繞組的電阻。所選導(dǎo)線為單股線93. 02QZ的截面積為 0.68?？紤]到并聯(lián)的股數(shù)，繞組電阻為：2mm811386623.4

60、2 1012.185 0.3760.93 103.42 1012.182.814 0.68 102 104.6 10RDKN PdrkSt繞組損耗：22221122222224241.54 4.6 101615.5 0.670.824117CHReeDDIPr IrIIW計(jì)算變壓器的磁化電感：脈沖變壓器設(shè)計(jì) 36721172464104103000 521.6 100.7551.036148 10eTlN SKLH變壓器的無(wú)功功率： 2211122122326999260.50.5 5012 102 100.396 100.139 1027.6 101.82148 10SBKqBBLtPFUC