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《400kV_400A超高压脉冲变压器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第35卷第4期信息化研究Vol.35No.42009年4月InformatizationResearchApr.2009400kV/400A超高压脉冲变压器的设计钱锰,杨明,沈坚(南京电子技术研究所,江苏省南京市210013)摘要:超高压脉冲变压器的设计难点在于参数的设计、绝缘设计和结构布局。通过建模和计算机仿真,参考实际测量的器件参数和分布参数,用Spice软件仿真得到输出波形,进行参数和结构优化设计,解决了场强分布、线圈结构、管座结构、高压绝缘、高压连接器和散热等关键技术。文中给出了脉冲变压器主
2、要参数的详细计算和仿真波形,阐述了锥形结构和绝缘设计的要点。实验和测试表明,设计的400kV/400A超高压脉冲变压器,输出波形好、绝缘强度高、高压连接方便、真空管与管座匹配,满足了设计指标要求。关键词:发射机;脉冲变压器;场强分布;铁芯;液体绝缘介质中图分类号:TM4170引言脉冲调制器和高压脉冲变压器是超大功率速调管发射机的关键技术,其输出波形质量将直接影响到发射机的整机性能指标。脉冲变压器具有能量传输、阻抗变换和隔离的功能,还有固定速调管和聚焦线圈,为速调管灯丝供电等作用。其主要特点是:超高电
3、压、超大功率和超高的绝缘设计。1技术指标超高压脉冲变压器的主要技术指标为:输出脉冲电压为400kV;输出脉冲电流为400A;脉冲调制宽度为4μs;输出脉冲前沿≤1μs,输出脉冲后沿≤1.5μs;重复频率50Hz;变比为1∶5。2计算机仿真[1]脉冲变压器的等效电路见图1。图中,R1为脉冲源内阻,Cp、Ls、Lm分别为脉冲变压器的分布电容、图2脉冲变压器仿真输出波形漏感、励磁电感,Cs′为次级换算到初级电容。3参数设计脉冲变压器的参数设计包括脉冲上升时间、脉冲顶降时间、脉冲下降时间、变压器磁芯截面、匝
4、数、场强分布、分布参数设计等。1)脉冲上升时间图1脉冲变压器等效电路[2]Lm忽略不计,取k为0.5～0.7,根据公式:应用Spice软件仿真,得到的输出波形见图2。可2πδLC′×10-3rss以看出tr=(1),采用4副铁芯是较好的方案。R11+R2收稿日期:2009201213;修回日期:2009202212。·45··技术应用·信息化研究2009年4月得tr=1.1μs。a)电场由低到高依次分布,减少铁芯体积,使整2)脉冲顶降时间个变压器体积的外形尺寸以及所有的绝缘材料数量都漏感和分布电容的
5、影响可以忽略,并联Lm的分流明显下降。是引起输出脉冲电压顶降的主要原因,根据公式:b)低分布电容,漏感为常规设计的1/3。R1R2′τc)减少漏感,降低脉冲前沿的畸变。λ=(2)Lm(R1+R2′)d)适合初次级高隔离电位脉冲变压器设计。-3得λ=3.9×10。e)要求高B2H值铁芯和高强度高耐压绝缘材料。3)脉冲下降时间图3为典型的锥形结构布局变压器,图4为超高脉冲电压的下降时间与储存在磁化电感中的磁场压脉冲变压器的内部结构图,由图中看出,变压器下部能量和储存在分布电容中的电场能量的释放时间有为锥
6、形的铁芯,上部是悬浮的速调管管座。图5为安关,根据公式:装好聚焦线圈和速调管后的脉冲变压器外形图。Lmtf=R2′Cs′ln1+(3)R2′t得tf=0.58μs。4)变压器磁芯截面、匝数高压大功率脉冲变压器一般选用具有较高饱和B值、成本较低、便于制造的硅钢材料。铁芯截面参数的选取除考虑伏秒数、磁感应强度的增量外,还应综合线包匝数、漏感、励磁电感、脉冲波形前沿、顶降和等因素2优化选择。这里取铁芯截面87cm,初级匝数为:图3锥形结构布局变压器100U1τW1==15ScΔB次级匝数为W2=75。5)
7、场强分布设计通常,行波反射导致电压最大值出现在绕组末端,由于高压变压器次级导线较细会产生很大的场强,所以在线圈末端安装大曲率的开口金属屏蔽环。均压环表面电场场强的表达式为:UE=(kV/cm)(4)R+XRlnR式中:E为均压环表面的最大工作场强;U为变压器的图4变压器内部结构最大工作电压;X为均压环到铁芯的距离;R为均压环曲率半径。根据式(4)得出E=16kV/cm,此值较为安全。6)分布参数设计分布参数设计是关系到脉冲变压器能否实现指标[3]的关键。根据脉冲变压器设计相关公式,经计算得漏感Ls=
8、17μH,均压环分布电容Cp=3519pF,次级换算Cs′=1250pF,变压器励磁电感Lm=4392μH。将分布参数代入模型仿真,得到的波形与计算结果相符。4结构设计考虑到电压梯度,线圈选用锥形结构。采用锥形图5变压器外形布局有如下的特点:·46·第35卷第4期钱锰,等:400kV/400A超高压脉冲变压器的设计·技术应用·能。5绝缘设计6结束语绝缘设计的关键表现在整体结构设计、线圈布局、结构件、高压连接器和液体绝缘介质等几个方面。400kV/400A超高压脉冲变压
