一种自耦结构高压方波脉冲变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种自耦结构高压方波脉冲变压器，目的是解决高压绝缘稳定性差等问题。本发明专利技术呈圆环形，密封于不锈钢外壳内，由磁芯、初级绕组、次级绕组、左、右绝缘盖板、Ng块左、右复合绝缘板、输出板、Ng个支撑柱组成。左复合绝缘板紧扣在左绝缘盖板左端面，左绝缘盖板右端面紧贴磁芯左端面，磁芯右端面紧贴右绝缘盖板左端面，右绝缘盖板右端面紧贴右复合绝缘板，右复合绝缘板右侧为初级绕组底座；左、右绝缘盖板通过支撑柱支撑，次级绕组绕制在左、右复合绝缘板上，由Ng个次级线圈并联而成；初级绕组输入端和次级绕组高压馈入端固定在一起构成自耦式结构，在数百kV电压等级下的绝缘稳定性好，能在百ns响应准方波电脉冲的电压变换。能在百ns响应准方波电脉冲的电压变换。能在百ns响应准方波电脉冲的电压变换。

A high voltage square wave pulse transformer with self coupling structure

【技术实现步骤摘要】
Institute,1997,Vol.68,2214】中报道了一种脉冲变压器，简称
技术介绍
2。图2为该脉冲变压器的剖视图，主要由磁芯1、连接杆7和筒状绕组8构成。磁芯1由磁环4制成。连接杆7有6根相同尺寸的金属材料制成，呈圆柱形，其外径为D
c
，长度为L
c
。筒状绕组8由6个圆筒9a
‑
9f和6个圆环盘10a
‑
10f构成。圆筒9a
‑
9f由金属材料制成，其壁厚为T，内半径分别为R
a
，R
b
，R
c
，R
d
，R
e
，R
f
，(R
f
>R
d
>R
b
>R2>R1>R
a
>R
c
>R
e
,如同
技术介绍
1，R1、R2分别为磁环内径和外径，D
f
>D
d
>D
b
>D
a
>D
c
>D
e
)。第一圆环盘10a由金属材料制成，厚度为S，内半径为R
a
、外半径等于0.5(R1+R2)。6根连接杆7的上端面为脉冲变压器的输入点。6根连接杆7的下端面间隔60
°
均匀焊接在第一圆环盘10a的外沿。第一圆环盘10a的内沿焊接在第一圆筒9a的上端面。第一圆筒9a的下端面与第二圆环盘10b的内沿进行焊接。第二圆环盘10b的外沿与第二圆筒9b的下端面进行焊接。第二圆筒9b的上端面与第三圆环盘10c的外沿进行焊接。第三圆环盘10c的内沿与第三圆筒9c的上端面进行焊接。第三圆筒9c的下端面与第四圆环盘10d的内沿进行焊接。第四圆环盘10d的外沿与第四圆筒9d的下端面进行焊接。第四圆筒9d的上端面与第五圆环盘10e的外沿进行焊接。第五圆环盘0e的内沿与第五圆筒9e的上端面进行焊接。第五圆筒9e的下端面与第六圆环盘10f的内沿进行焊接。第六圆环盘10f的外沿与第六圆筒9f的下端面进行焊接。第六圆筒9f的上端面为脉冲变压器的输出端。在第三圆环盘10c和第五圆环盘10e与6根连接杆7相对应的位置开6个直径为D
q
(D
q
>D
c
)的圆孔，便于电脉冲信号输入。
[0008]这种类型的磁芯式脉冲变压器能够较好对时间尺度在几十纳秒量级的电脉冲信号进行升压，但其结构过于复杂，设计难度大，应用在数百kV电压等级时，绝缘隐患较多，且生产和维护成本较高，同时该类型装置体积较大，不适于紧凑化设计。
[0009]
技术介绍
1、2的磁芯均是闭环磁芯脉冲变压器，但这两种闭环磁芯式脉冲变压器结构存在的最大问题是不能兼顾百纳秒方波脉冲快速升压和数百kV电压等级下的绝缘稳定性。因此为了满足大功率驱动源持续稳定运行、小型化、紧凑化的要求，亟需研制一种结构简单，易于维护，绝缘稳定性高，脉冲响应能力强的新型闭环磁芯高压方波脉冲变压器。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是针对现有高压方波脉冲变压器由于结构设计和绕组形式导致的高压绝缘稳定性差、百ns快脉冲响应能力不足、体积较大以及装配过程复杂等问题，提供一种采用闭环磁芯的自耦式结构高压方波脉冲变压器，使得高压绝缘性能更加优良、脉冲响应能力更强、通流能力更好，附加电感更小且装配更加简单，具有更为广泛的适用范围。
[0011]本专利技术基于单层绕组结构，初次绕组采用整体式结构，次级绕组采用耐高压导线绕制，初级绕输入端和次级绕组高压馈入端固定在一起构成自耦式结构，初级绕组输出端接地，初次级绕组输出端固定在输出板上。通过多种绝缘板的组合使用，提升自耦式结构高压方波脉冲变压器工作在数百kV电压等级下的绝缘稳定性，通过多匝绕组并联减小结构电感，提高响应能力，进而实现快响应准方波电脉冲的电压变换。
[0012]本专利技术的技术方案是：
[0013]本专利技术整体呈圆环形，由磁芯、初级绕组、次级绕组、两块绝缘盖板(左绝缘盖板和右绝缘盖板)、2Ng块复合绝缘板(Ng块左复合绝缘板和Ng块右复合绝缘板)、输出板、Ng个支撑柱组成。定义本专利技术与负载相连的一端为输出端(输出板右端面与负载相连)，定义与电
源相连的一端(初级绕组端面与电源相连)为输入端。Ng块左复合绝缘板的右端面紧扣左绝缘盖板的左端面，左绝缘盖板的右端面紧贴磁芯的左端面，磁芯的右端面紧贴右绝缘盖板的左端面(即磁芯夹在左绝缘盖板和右绝缘盖板之间)，右绝缘盖板右端面紧贴Ng块右复合绝缘的左端面，右复合绝缘板右侧为初级绕组的底座。左绝缘盖板和右绝缘盖板之间通过Ng根支撑柱支撑，并通过穿过支撑柱内部的塑料螺杆实现螺栓固定，次级绕组连续绕制在Ng块左复合绝缘板和Ng块右复合绝缘板上，次级绕组与初级绕组的底座的左端面之间有一定间隙。磁芯同轴套在初级绕组左端的端面外侧，磁芯的内壁与初级绕组的端面之间有一定间隙。次级绕组一端固定在初级绕组上，另一端固定在输出板上，输出板的右端面作为本专利技术的输出端。本专利技术在完成各部件装配后需密封于不锈钢外壳内。
[0014]初级绕组呈圆柱格栅型，初次绕组由底座、端面组成，材料均为不锈钢。底座由一个圆环和Ng(2<Ng<10,Ng为整数)个平辐条组成，底座通过螺丝沿轴向(OO
’
方向)固定在一个不锈钢外壳内实现接地；圆环内半径为R3(R3<R4
‑
10mm)，外半径为R4(R4通常由设计前给定的不锈钢外壳尺寸确定，一般外壳半径小于或等于300mm,即R4≤300mm)，厚度为d1，圆环的内表面均匀焊接Ng根平辐条(相当于Ng组一匝的初级绕组并联)，相邻两根平辐条间隔角度为θ1(θ1＝360
°
/Ng)；平辐条宽度为W1(通常10mm≤W1<50mm)，厚度等于d1(为了便于加工和安装，通常5mm≤d1≤10mm)，平辐条的末端距离底座中心O2的距离为R5(考虑到绝缘，一般100mm<R5<R14
‑
10mm)，每根平辐条上加工有一个直径为M1(5mm<M1<10mm)的第一通孔，第一通孔孔心距离底座中心O2的距离为R6(200mm<R13<R6<R4<300mm)，底座通过第一通孔与右绝缘盖板固定连接。初级绕组端面由面板和纵辐条组成。面板由面板圆盘和Ng(通常2<Ng<10)个面板臂组成。面板圆盘的半径为R7(为了保持初级绕组足够的固定强度，一般50mm<R7<R8)，厚度为d2(一般5mm≤d2<10mm且d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自耦结构高压方波脉冲变压器，包括磁芯(1)、初级绕组(2)、次级绕组(3)，其特征在于自耦结构高压方波脉冲变压器整体呈圆环形，还包括两块绝缘盖板(13)即左绝缘盖板(13
‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)、2Ng块复合绝缘板(14)即Ng块左复合绝缘板(14
‑
1)和Ng块右复合绝缘板(14
‑
2)、输出板(15)、Ng个支撑柱(16)；定义自耦结构高压方波脉冲变压器与负载相连的一端为输出端，定义与电源相连的一端为输入端；Ng块左复合绝缘板(14
‑
1)的右端面紧扣左绝缘盖板(13
‑
1)的左端面，左绝缘盖板(13
‑
1)的右端面紧贴磁芯(1)的左端面，磁芯(1)的右端面紧贴右绝缘盖板(13
‑
2)的左端面，右绝缘盖板(13
‑
2)右端面紧贴Ng块右复合绝缘板(14
‑
2)的左端面，右复合绝缘板(14
‑
2)右侧为初级绕组(2)的底座(2
‑
1)；左绝缘盖板(13
‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)之间通过Ng根支撑柱(16)支撑，并通过穿过支撑柱(16)内部的螺杆实现螺栓固定，次级绕组(3)连续绕制在Ng块左复合绝缘板(14
‑
1)和Ng块右复合绝缘板(14
‑
2)上，次级绕组(3)与初级绕组(2)的底座(2
‑
1)的左端面之间有一定间隙；磁芯(1)同轴套在初级绕组(2)左端的端面(2
‑
2)外侧，磁芯(1)的内壁与初级绕组(2)的端面(2
‑
2)之间有一定间隙；次级绕组(3)一端固定在初级绕组(2)上，另一端固定在输出板(15)上，输出板(15)的右端面作为自耦结构高压方波脉冲变压器的输出端；自耦结构高压方波脉冲变压器密封于不锈钢外壳内；初级绕组(2)呈圆柱格栅型，初级绕组(2)由底座(2
‑
1)、端面(2
‑
2)组成，材料均为不锈钢；底座(2
‑
1)由一个圆环(2
‑1‑
1)和Ng个平辐条(2
‑1‑
2)组成，底座(2
‑
1)通过螺丝沿OO
’
方向固定在不锈钢外壳内实现接地；圆环(2
‑1‑
1)内半径为R3，外半径为R4，厚度为d1，圆环(2
‑1‑
1)的内表面均匀焊接Ng根平辐条(2
‑1‑
2)，相邻两根平辐条(2
‑1‑
2)间隔角度为θ1；平辐条(2
‑1‑
2)宽度为W1，平辐条(2
‑1‑
2)的末端距离底座中心O2的距离为R5，每根平辐条(2
‑1‑
2)上加工有一个第一通孔(2
‑1‑
3)，第一通孔(2
‑1‑
3)孔心距离底座中心O2的距离为R6，底座(2
‑
1)通过第一通孔(2
‑1‑
3)与右绝缘盖板(13
‑
2)固定连接；初级绕组端面(2
‑
2)由面板(2
‑2‑
1)和纵辐条(2
‑2‑
2)组成；面板(2
‑2‑
1)由面板圆盘(2
‑2‑1‑
1)和Ng个面板臂(2
‑2‑1‑
2)组成；面板圆盘(2
‑2‑1‑
1)的半径为R7，厚度为d2；面板圆盘(2
‑2‑1‑
1)的外侧面均匀焊接Ng个面板臂(2
‑2‑1‑
2)，相邻2个面板臂(2
‑2‑1‑
2)之间间隔角度等于θ1；面板臂(2
‑2‑1‑
2)的外端距离面板圆盘(2
‑2‑1‑
1)的中心O1的距离为R8，面板臂(2
‑2‑1‑
2)的外端均垂直焊接一根纵辐条(2
‑2‑
2)；每根面板臂(2
‑2‑1‑
2)上钻有第二通孔(2
‑2‑1‑
3)；纵辐条(2
‑2‑
2)长度为L1，宽度为W1，厚度为d3，Ng根纵辐条(2
‑2‑
2)的左端分别垂直焊接在面板壁(2
‑2‑1‑
2)的外端右表面，右端分别垂直焊接在Ng根平辐条(2
‑1‑
2)的末端即靠近O2的一端；初级绕组(2)的面板圆盘(2
‑2‑1‑
1)与电源连接，面板(2
‑2‑
1)上的Ng个第二通孔(2
‑2‑1‑
3)通过螺丝固定Ng个次级线圈(6)首端即次级绕组(3)的高压馈入端，与次级绕组(3)构成自耦式结构，初级绕组(2)的底座(2
‑
1)通过支撑柱(16)内部的螺杆固定在右绝缘盖板(13
‑
2)的右侧，且底座(2
‑
1)的左端面与右绝缘盖板(13
‑
2)的右端面有一定间隙，初级绕组(2)的纵辐条(2
‑2‑
2)外侧同轴套有Nc块磁环(4)；绝缘盖板(13)采用环氧树脂制备；靠近初级绕组面板圆盘(2
‑2‑
1)的一块绝缘盖板为左绝缘盖板(13
‑
1)，靠近初级绕组底座(2
‑
1)的一块绝缘盖板为右绝缘盖板(13
‑
2)；左绝缘盖板(13
‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)之间夹有磁芯(1)并对磁芯(1)进行固定和绝缘；左绝缘盖板(13
‑
1)与右绝缘盖板(13
‑
2)完全相同，左绝缘盖板(13
‑
1)为带有Ng个方形耳的圆环，圆环内直径为D3、外半径为R11，圆环外侧壁加工有Ng个方形耳，相邻两个方形耳间隔角度θ3
＝θ1，方形耳中间开有第三通孔(13
‑1‑
1)，第三通孔(13
‑1‑
1)直径为M3，第三通孔(13
‑1‑
1)孔心距离圆环圆心O3的距离为R12，第三通孔(13
‑1‑
1)用于通过螺杆连接支撑柱(16)，进而固定磁芯(1)；同时在圆环上开有Ng组第四通孔(13
‑1‑
2)，每组包含K个第四通孔(13
‑1‑
2)，每组K个第四通孔用于固定一块左复合绝缘板(14
‑
1)；左绝缘盖板(13
‑
1)的厚度为d4；左绝缘盖板(13
‑
1)同轴套在初级绕组(2)的Ng根纵辐条(2
‑2‑
2)的左端外部；右绝缘盖板(13
‑
2)同轴套在初级绕组(2)的Ng根纵辐条(2
‑2‑
2)的右端外部，通过支撑柱(16)内部的螺杆穿过第一通孔(2
‑1‑
3)固定在初级绕组(2)底座(2
‑
1)上；左绝缘盖板(13
‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)通过Ng根支撑柱(16)夹住磁芯(1)，Ng根支撑柱(16)内部有螺杆穿出；磁芯(1)由Nc块磁环(4)沿O
’
O方向堆叠组成，磁环(4)的厚度为H2；磁环(4)形状为圆环，由非晶薄带卷绕而成；磁环(4)的内半径为R14、外半径为R13；磁芯(1)通过支撑柱(16)内部螺杆和支撑柱(16)夹在左绝缘盖板(13
‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)之间，并沿OO
’
方向同轴套在Ng根初级绕组纵辐条(2
‑2‑
2)的外侧，磁芯内侧壁与初级绕组纵辐条间有间隙；支撑柱(16)的材料为绝缘材料，支撑柱(16)呈圆筒状，支撑柱(16)的长度为H3；支撑柱(16)一方面支撑绝缘盖板(13)和固定磁芯(1)，另一方面对磁芯(1)起绝缘作用；Ng根支撑柱(16)内插有螺杆，螺杆穿过左绝缘盖板(13
‑
1)的第三通孔(13
‑1‑
1)和右绝缘盖板(13
‑
2)的第三通孔，Ng根支撑柱(16)左端面通过螺杆固定在左绝缘盖板(13
‑
1)的右端面，支撑柱(16)右端面通过螺杆固定在右绝缘盖板(13
‑
2)的左端面，螺杆的长度大于支撑柱(16)的长度，螺杆的右端穿过右绝缘盖板(13
‑
2)固定在初级绕组底座(2
‑
1)的左端面，将左绝缘盖板(13
‑
1)、右绝缘盖板(13
‑
2)连接起来，并使左绝缘盖板(13
‑
1)、右绝缘盖板(13
‑
2)之间相距H3；复合绝缘板(14)包含Ng块左复合绝缘板(14
‑
1)和Ng块右复合绝缘板(14
‑
2)，由绝缘材料制成；左复合绝缘板(14
‑
1)和右复合绝缘板(14
‑
2)呈扇环形，扇环中间与磁芯(1)相对的一面开有凹槽，左复合绝缘板(14
‑
1)外圆周方向开有N个第六通孔(14
‑1‑
1)，第六通孔(14
‑1‑
1)按匝数递增编号为14
‑1‑1‑
1至14
‑1‑1‑
N，N为次级绕组匝数；内圆周方向开有N
‑
1个第七通孔(14
‑1‑
2)，第七通孔(14
‑1‑
2)按匝数递增编号为14
‑1‑2‑
2至14
‑1‑2‑
N，每块左复合绝缘板(14
‑
1)上开有K个第八通孔(14
‑1‑
3)；右复合绝缘板(14
‑
2)与左复合绝缘板(14
‑
1)形状、大小完全相同，右复合绝缘板(14
‑
2)与左复合绝缘板(14
‑
1)开孔的位置和开槽的位置关于磁芯(1)呈镜像对称关系；右复合绝缘板(14
‑
2)上外圆周方向开有N个第九通孔(14
‑2‑
1)，第九通孔(14
‑2‑
1)按匝数递增编号为14
‑2‑1‑
1至14
‑2‑1‑
N，内圆周方向开有N
‑
1个第十通孔(14
‑2‑
2)，第十通孔(14
‑2‑
2)按匝数递增编号为14
‑2‑2‑
2至14
‑2‑2‑
N，每块右复合绝缘板(14
‑
2)上开有K个第十一通孔(14
‑2‑
3)；左复合绝缘板(14
‑
1)扇环内半径为R15，外半径为R16，厚度为d5，圆心角为θ5，编号14
‑1‑1‑
1到编号14
‑1‑1‑
N的第六通孔(14
‑1‑
1)孔心距离中心O5的距离依次为R
out
‑1，R
out
‑2，
…
，R
out
‑
n
，
…
，R
out
‑
N
，R
ou...

【专利技术属性】
技术研发人员：高景明，金尚东，杨双，李嵩，杨汉武，袁成卫，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：