绝缘芯变压器型高压电源技术研究

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1、分类号学号学枝代码密级專肀科技大寧博士学位论文绝缘芯变压器型高压电源技术研究学位申请人杨裔学科专业电气工程指导教师樊明武教授答辩日期年月日ADissertationSubmitedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyonHighVoltagePowerSupplyTechnologyBasedonInsulatedCoreTransformerPh.D.Candidate:YangLeiMajor:ElectricalEngineeri

2、ngSupervisor:Prof.FanMingwuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年《月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮学校有权保留并向国家有关部门

3、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密请在以上方框内打“”学位论文作者签名：在指导教师签名日期：对年⋯月乂日日期：年午月以日华中科技大学博士学位论文摘要电子辐照加工产业近年来发展迅猛，为我国国民经济的发展做出了巨大的贡献。在电线电缆、热缩套管、发泡材料、特种塑料等生产，表面处理、半导体离子注入、橡胶交联、水果保鲜、医疗器械消毒、工业“三废”的处理等方面，高压型电子加速器显示出了它

4、优越的性能。特别是低能型加速器市场需求量越来越巨大而其发展却较为缓慢，迫切需要研制性能优良的高压电源满足低能电子加速器的市场需求。高压型加速器主要由加速器系统和高压电源组成，而高压电源是其中最为关键的部件。绝缘芯变压器型高压电源常应用在加速电压为场合。在低能区，绝缘芯变压器型高压电源以其功率大、效率高、工作稳定可靠而具有强大的竞争优势。利用最新技术和设计方法研制出高性能的绝缘芯变压器型高压电源对辐照加工业具有重要的价值。绝缘芯变压器分段磁芯结构带来了绝缘方面的便利，同时也使得励磁电流增加、漏磁增加，变压器功率传输能力下降，振动、噪声加剧。漏磁会导致各层整流单元输出电压不一

5、致，电源负载调整率差等问题。本文结合一台绝缘芯变压器型高压电源的设计研发，对该类高压电源的理论和关键技术进行了系统的研究。总结归纳其设计流程，并提出了优化设计方法，完成了其物理设计、工程设计以及样机研制。提出了优化绝缘气隙厚度、单层整流底盘电压以及底盘层数的方法。可以综合考虑绝缘材料绝缘强度与厚度的关系、磁芯表面平整度以及整流器件等的具体情况，充分利用材料的绝缘性能，降低气隙的总厚度，提高电源的效率。总结了底盘层高的限制因素。建立了绝缘芯变压器的漏磁磁路模型和电源的简化等效电路模型，推导了磁芯尺寸、工作磁通密度与简化等效电路参数的关系，进一步求得了损耗功率与磁路参数的函数

6、关系，并据此优化选择磁芯半径及工作磁通密度。通过有限元方法计算绝缘芯变压器磁场求得各线圈互感矩阵并以此为基础建立了高压电源的电路仿真模型，可以更为精确的模拟电源的工作参数。对横向漏磁引起的初级线圈涡流问题进行了深入的研宄，计算了空载和满载下不同导线尺寸的涡流损耗。并据此优化初级线圈设计。华中科技大学博士学位论文对现有各种补偿方法进行了系统整理、总结，在此基础上提出了匝数、电容组合的补偿方法及改进的匝数补偿方法。改进匝数补偿方法通过迭代算法优化次级线圈匝数，相比于传统匝数补偿方法，底盘电压平均不均匀度可以减小一半以上。本文提出的匝数、电容组合的补偿方法可以非常好的解决绝缘芯

7、变压器漏磁导致的各层整流底盘输出电压不一致的问题，使得底盘电压一致性从电源空载到满载变化都保持较高水平，大幅提高了整流器件的利用率、电场分布均匀性以及及总的输出电压，降低了电源的体积。完成了高压电源控制环路建模，对补偿网络进行优化设计。建立了控制仿真模型，模拟了补偿后电源稳压输出、动态改变电压时的工作情况。模拟结果显示闭环控制大大改善了电源的性能，满足设计指标。最后，幵展了底盘电源补偿实验、电源闭环性能测试以及空载髙压实验。完成补偿后，底盘电压最大相对差控制在以内，并且验证了电路仿真模型结果与实际电源误差在以内。低压下线性升压