一种给脉冲形成线充电的带绕式高压脉冲变压器

研制了一种耦合系数0.8,次级输出电压500kV的空芯带绕式脉冲变压器,并进行了理论和实验的初步研究。此种变压器具有结构紧凑、体积小和电性能好的优点,已用作升压变压器给脉冲调制器的水介质Blumlein线充电。在调制器的真空二极管上已获得450kV,40kA、半高脉宽大于80ns的高电压脉冲。

一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源的设计

为了满足介质阻挡放电、臭氧制取和材料表面处理等工业应用需求,设计了一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源,该脉冲电源主要由初级能源、磁芯脉冲变压器,螺旋脉冲形成线和气体开关组成。通过电路和电磁场理论分析、TPpice电路仿真及KARAT程序模拟计算,该电源在阻抗约25Ω时能够输出100 kV,脉冲宽度>150 ns,重复频率能够达到1 kHz的高电压脉冲。该电源结构紧凑,造价低,并且输出脉冲的上升前沿<20 ns,具有重要的应用前景。

800kV高变比螺旋线型空芯变压器的研制

介绍了螺旋线型空芯脉冲变压器的基本理论及设计中的关键技术,设计了一台高变比螺旋线型空芯脉冲变压器,此空芯变压器初级为紫铜皮沿绝缘外筒内壁螺旋绕制三匝,次级为锥形高压绕组,约1 800匝。其初级充电电压只需要几kV,因此初级开关采用可控硅,而不需要晶闸管,这样将使初级回路及初级电容体积大大减小。对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究,实验结果表明:在初级储能电容充电为2 400 V时,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到900 kV,充电时间约为32.6μs。

带磁芯的高功率带绕式脉冲变压器的初步研究

对高功率带绕式脉冲变压器磁芯的设计进行了初步考虑,从理论上分析了在高功率带绕式空芯脉冲变压器中加入部分磁芯对变压器内部电磁场分布及耦合系数的影响。理论分析和实验结果均表明:磁芯对高功率带绕式脉冲变压器耦合系数的提高有显著作用,并能改善变压器内部的电磁场分布;设计的高功率带绕式脉冲变压器耦合系数可达0.88,与相同结构尺寸的带绕式空芯脉冲变压器相比,耦合系数提高10%。

高变比螺线空芯脉冲变压器

设计并理论分析了高变比型螺线空芯脉冲变压器的输出特性,讨论了变压器次级输出电压达到最佳值的条件,对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究。结果表明:该种变压器型脉冲功率电源可直接利用市电充电,在初级变储能电容器充电800V的条件下,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到350kV,变压器设计变比1∶700、耦合系数0.52;实验结果与计算基本吻合。

三谐振高压脉冲变压器

介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,此条件下负载电压最大值为空芯变压器次级高压输出电压的2.77倍。根据理论分析及电路模拟的结果,提出了适用于三谐振脉冲变压器的设计方法——迭代模拟法,并采用迭代模拟的方法在研制的空芯变压器基础上研制了一台基于三谐振脉冲变压器的脉冲功率源,进行了实验研究。实验结果表明:所研制的三谐振脉冲变压器输出电压的最大值可以达到锥形高压绕组输出电压的2倍,系统最大工作电压约为600kV,与理论分析的结果相吻合,说明将任意一台双谐振脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。

三谐振高压脉冲变压器理论分析与模拟

介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率为1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,由此可知在此条件下变压器次级高压绕组上的最大电压与负载电容上最大电压比为0.36∶1。根据理论结果,设计了一组参数进行了电路模拟,证明了理论分析结果的正确性,可用于三谐振脉冲变压器的设计。并模拟了变压器耦合系数、调谐电感、调谐电容、初级电容及负载电容等参数变化对装置输出电压及能量传输效率的影响。由模拟结果可知,调谐电感和调谐电容在-10%-10%范围,初级电容在0-10%范围以及负载电容在-10%-0范围内变化对装置的性能影响不大,该变压器较容易实现工程化。

高阻抗变压器涌流的特殊性比较分析

近年来高阻抗变压器空投时零序过流保护误动的事故频繁发生,文中围绕高阻抗变压器涌流的特殊性展开研究。首先明晰了变压器'绕组排布—磁通分布—等值电路参数'的对应关系以及励磁涌流产生机理。根据高压绕组内置型高阻抗变压器、低压绕组串联电抗型高阻抗变压器与普通结构型常规阻抗变压器的结构差异阐释了等值电路中自漏感和空心电感等参数的差异。基于参数差异,从理论上分析比较了三者涌流的特殊性:相同条件下,内置型高阻抗变压器的励磁涌流幅值大于串联电抗型高阻抗变压器和普通结构型常规阻抗变压器。考虑三角绕组环流影响后,串联电抗型高阻抗变压器的原方涌流幅值大于普通结构型常规阻抗变压器;三者涌流衰减均很缓慢,相对而言内置型高阻抗变压器较另两个略快。仿真结果验证了所得结论的正确性。

空心超导变压器参数设计对可控阻抗型限流器性能的影响

介绍了可控阻抗型超导限流器的电路结构和工作原理,该限流器由空心超导变压器及PWM变流器组成。故障发生后,通过变流器控制变压器二次侧注入电流的相位和幅值,进而调节限流器的等效阻抗,从而实现抑制短路电流的目的。针对空心超导变压器参数设计对限流器工作性能的影响,以初始补偿电流、不同工作模式下的限流阻抗以及变流器的功率传输为指标,进行了理论研究;以该型限流器在一个三相接地系统的应用为例,利用Matlab建立仿真模型,分析了不同变压器参数下限流器工作性能的差别。仿真结果与理论分析相符,得出如下结论:增大变压器一次侧自感有利于加强限流能力;增加变比会导致初始补偿电流的上升;提高耦合系数有助于降低变流器的无功功率输出。

一种新型的高功率微波脉冲功率源研究

从微波器件角度提出一种新型脉冲功率源,采用脉冲空心变压器技术路线,通过特殊设计,使初级线圈不仅为次级线圈提供变化磁通,也产生脉冲高压,脉冲高压对脉冲形成线充电,然后产生微波器件需要的电子束,同时初级线圈也可以为微波器件提供相应较强的引导磁场,从而实现脉冲功率源同时为微波器件提供电子束和相应的引导磁场。该新型脉冲功率源可以在一定工作范围内较好地提高脉冲功率源的利用效率,尤其是在小型化结构方面更为明显。

一种带绕式空芯脉冲变压器电感的简便算法

针对高频状态下运行的带绕式空芯脉冲变压器对绕组线圈电感参数的精度要求比较高的现状,提出一种使用简便、精度符合脉冲功率领域应用需要的电感计算方法.在忽略线匝螺旋性前提下,基于毕奥沙伐定律和圆柱轴对称空间磁场计算理论得到线匝内部磁场计算公式,进而推导出线匝自感和匝间互感的计算公式.得出一种应用简便且准确率高的线圈自感和线圈间互感的计算方法.结果表明:实验误差小于3%,能满足脉冲功率领域实际应用的需要,具有一定的实用价值.

高功率脉冲变压器设计

简要介绍了高功率脉冲变压器,讨论了国内外该领域相关研究现状,总结了高功率脉冲变压器设计中减小上升时间及顶降,展宽输出脉宽,提高耐压性能及能量效率的方法和闭路磁芯的应用。为了使高功率脉冲变压器具有高能量传输效率,且输出波形上升时间短,脉冲宽度宽,本文采用具有高磁导率和高饱和磁感应强度值的磁性材料制造的闭路磁芯,并在变压器绕制过程中采取相应措施来达到目的。

用于高压输电线路现场带电校验的开口式双气隙铁芯结构电子式电流互感器

为了评价将双气隙电流互感器用于现场移动式带电比对系统的可行性,从其稳态测量精度和多次安装后的测量稳定性两方面进行研究。稳态测量精度方面,通过对铁芯参数进行优化设计和对铁芯线圈采用误差补偿措施,降低了双气隙电流互感器的比差和角差。试验结果表明,双气隙电流互感器的比差和校正后的角差能够达到国标测量用电流互感器0.2级标准。测量稳定性方面,从研究气隙长度变化对测量精度的影响和降低一次导体偏心距误差两方面入手。首先通过试验测定比差和角差随气隙长度变化的关系曲线,结果表明,为了保持线圈的测量精度,需要严格控制安装的质量。其次针对单铁芯偏心距误差大的特点,采用双铁芯方案,理论计算和试验结果表明,该方案有效改善了单铁芯偏心距误差大的不足。根据稳态测量精度和测量稳定性两方面的研究结果,需要进一步采取措施提高该结构电流互感器的精度,才能将其用于电流互感器现场移动式带电比对系统。

小型高压充电实验装置中高压变压器设计

小型高压变压器作为该脉冲功率实验装置的核心器件,其正确的设计与制作是该实验装置能否正常运行的关键,因此本文着重研究了小型高压脉冲功率实验装置中小型高压变压器的设计方法,根据设计方法制作了样品,样品实验结果表明,该变压器满足了小型脉冲功率实验装置的要求.

铁心材料对电流互感器传变特性的影响与测试分析

电流互感器的误差由铁心所消耗的励磁电流引起,与铁心材料的磁性能有关。为选用优质铁心材料,以设计更高准确度的电流互感器,选用高磁导率的超微晶、坡莫合金铁心材料制作微型电流互感器,测试其传变特性,与硅钢片铁心作对比分析;通过测试分析可知,坡莫合金铁心的微型电流互感器传变特性表现最优,坡莫合金铁心和微晶铁心的微型电流互感器准确度基本达到0.1级,而同规格的硅钢片铁心电流互感器准确度只达到1级。

窄脉冲刚管调制器

雷达发射机和高功率微波装置对大功率刚管调制器的需求越来越大,尤其是窄脉冲调制器非常重要。随着大功率半导体开关器件技术的进步,窄脉冲刚管调制器逐渐变为现实。为了降低成本、满足系统小型化的要求,仅使用一个耐压900V的开关管,通过高变比脉冲变压器的耦合,就得到了脉冲宽度400ns、脉冲电压达到12kV的调制脉冲。

脉冲大电流系统空芯变压器设计

设计了一种变流用的带绕式空芯变压器,分析了变压器的工作原理并详细介绍了其制作过程。该变压器主要由引线、绝缘膜、铜带和内绝缘筒组成。在电容器充电电压为2500V的条件下,实验得到该变压器原副边电流峰值分别为5.52kA和1.48kA,电流上升率分别为37A/μs和138A/μs。理论分析和实验结果表明:该变压器可以有效降低脉冲功率电路对开关电流上升率的要求,从而将重复频率和稳定性能更好的晶闸管应用于脉冲大电流系统,可以大大提高系统的放电频率和寿命。

螺旋线型空心变压器充电特性实验研究

利用脉冲变压器与陡化开关结合的方式,可以更容易地构造出在紧凑性、稳定性及寿命等方面性能优良的高压脉冲源。相比于铁心式变压器,空心螺旋线型变压器不含铁心,通过初次级绕组进行能量耦合,因而在体积、重量和峰值输出变比等方面更具优势。笔者对空心变压器的基本理论进行了分析,研制了设计变比3:660,带载电容100 p F,输出电压峰值为150.0 kV的油浸式变压器样机。通过初级和次级电容构成谐振充电回路,并采用快速晶闸管作为低压侧放电控制开关,对空心螺旋线型变压器的充电特性进行了实验研究。实验结果表明,空心变压器样机在初级电容为6.0μF时,输出变比可达到150左右,增大初级电容有利于增大输出变比但能量传输效率反而会下降,实际设计时要综合考虑变比与效率。

部分磁芯的带绕式脉冲变压器的研制

针对空芯变压器传输效率低的缺点,采取了在带绕式空芯变压器中加入部分磁芯以提高其性能的改进措施。通过比较选择,最终确定用铁基非晶带材料作为磁芯材料,用计算机软件仿真确定只加内磁芯的圆环式结构并根据分析结果制作了初级电感3.1μH、次级电感298.7μH、耦合系数0.87的高功率带绕式脉冲变压器。理论计算和模拟试验得到变压器的变比相一致,部分磁芯变压器是空芯变压器变比的1.2倍,部分磁芯带绕式脉冲变压器的输出电压>635 kV,满足设计和实验要求。

应用于PFN-Marx发生器重频充电的紧凑空心脉冲变压器

通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。