高压大功率脉冲变压器设计
目录
前言 (1)
1 脉冲变压器设计要求和原始数据 (3)
1.1脉冲变压器计算程序设计要求 (3)
1.2计算原始数据： (6)
2 脉冲变压器的设计 (8)
2.1线路的计算 (8)
2.2绝缘的设计 (11)
2.3铁心和绕组的选择 (14)
2.3.1铁心的设计要求 (14)
2.3.2铁心的去磁电路 (16)
2.3.3 绕组的选择 (20)
2.4脉冲变压器的脉冲的计算 (25)
2.4.1 脉冲平顶降落的验算 (25)
2.4.2 脉冲的前沿畸变验算 (26)
2.4.3 脉冲后沿宽度的检查 (30)
2.5脉冲变压器的整体结构 (31)
2.6脉冲变压器的温升与经济指标 (34)
2.6.1脉冲变压器的温升和经济指标 (34)
2.6.2 脉冲变压器的温升和经济指标的验算 (35)
3 脉冲变压器的试验 (38)
3.1脉冲变压器的初次试验 (38)
3.1.1 加压试验 (38)
3.1.2 改变回路参数的试验 (39)
3.1.3 “+／-极性”的试验 (39)
3.2脉冲变压器的负荷试验 (40)
3.2.1 脉冲波形的检查 (40)
3.2.2 漏感和电容 (41)
3.2.3 变比的测量 (42)
总结 (43)
致谢 (45)
参考文献 (46)
前言
脉冲变压器是电子变压器一种特殊类型，它所变换的不是正弦电压，也不是交流方波，而是接近矩形的单极性脉冲；脉冲变压器现已极其广泛地应用于各种电子设备之中。
脉冲变压器与一般普通变压器的区别
所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下:
(1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化.
(2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。
(3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的，
脉冲变压器的主要用途是：
脉冲变压器广泛用于雷达、变换技术；负载电阻与馈线特性阻抗的匹配；升高或降低脉冲电压；改变脉冲的极性；变压器次级电路和初级电路的隔离应用几个次级绕组以取得相位关系；隔离电源部分的直流成分；在晶体管(或电子管)脉冲振荡器中使集电极(阳极)和基极(栅极)间得到强藕合；采用若干个次级绕组，以便得到几个不同幅值的脉冲，使电子管的板极回路和栅极回路，或晶体管的集电极与基极间形成正反馈，以便产生自激振荡；作为功率合成及变换元件等。
在不同的脉冲设备中，广泛地应用着各种各样的脉冲变压器它们的参数包括：脉冲电压从几伏到几百干伏；脉冲电流从若干从毫微秒到数百毫秒；重复频率从几赫到几十干赫。其中高压大功率脉冲变压器主要应用在雷达、高能物理、量子电子学、变换技术等领域的设备中。低压小功率脉
冲交压器主要应用在自动控制、计算技术、电视设备及工业自动化等方面
的线路上。
高压大功率脉冲变压器有自己的特点：
大脉冲的特点(同小功率脉冲变压器(以下简称:小脉冲)相比)虽 然
所 有 的大脉冲的工作物理过程大体相同，而与功率无关，但大脉冲与小
脉冲各有特点:
电压高，则绝缘要求。高大脉冲一般工作在很高的电压下，脉冲电压
达几万伏甚至几十万伏，绝缘成了主要问题，我们要对绝缘材料做充分的
分析和测试，如何保证和次级及绕组与铁芯的绝缘可靠，如何引出高压端
将是工作重点。
损耗大、散热要求好。脉冲变压器的功率取决于平均功率而不是脉冲
功率，为了减少脉冲变压器的体积和重量，就须解决好脉冲变压器的散热
问题。
大脉冲要求磁感应增量B ?要高大 脉冲 需 要很高的B ?，一般需达
数千高斯到数万高斯，这是因为B ?越高，磁芯体积越小。
由上述儿点可知，大脉冲的体积是由散热情况、材料绝缘性能和磁心
的B ?值所决定的，一般情况下，使用油浸式以提高大脉冲的绝缘性能和
散热性能，而小脉冲的结构既不取决全散热情况也不取决于绝缘强度，而
是取决于制造上的可能性，B ?值对小脉冲也并不重要，大部分情况下，
它要求的B ?值不超过几十高斯，甚至只有几高斯。
现在为了提高电子设备的技术指标，目前大功率脉冲变压器正向高功
率、高压、高变比方向发展。脉冲功率为几十到几百兆瓦；电压一般达到
几百干伏，个别达1兆伏；变比可从几十到几百。小功率脉冲变压器正向
微型化、组装比、系列化方向发展。与此同时，对脉冲波形的要水边越来
越高。脉冲平顶降落一般不超过0.5--2％；前后沿应不超过脉冲宽度的5
—15％；不允许有上冲和反峰。此外还希望脉冲变压器重量轻、体积小、
效率高。
1 脉冲变压器设计要求和原始数据
1.1 脉冲变压器计算程序设计要求
脉冲变压器的设计和一般变压器的设计基本原理是相同，而脉冲变压
器在符合一般变压器的绕组、绝缘、铁芯等要求，还需要检测输入脉冲，
脉冲的前沿宽度，平定降落，后沿宽度都有一定具体要求。首先分析脉冲
的简化等效电路和理想脉冲的特性。
脉冲变压器的等效电路
图（1-1）脉冲变压器等效电路
1u ——脉冲源的脉冲电压(输人电压)
2u '——换算到初级的负载输出脉冲电压 222
u u n '= i R ——脉冲源内阻；
1r ——变压器初级电阻；
2r '——换算到初级的变压器次级电阻 222
r r n '= L R '——换算到初级的次级负载电阻 2L L R R n
'= 1C ——变压器初级分布电容
2C ' ——换算到初级的变压器次级分布电容 222C C n '=
L C ——输入电路等效电容；
L C '——换算到初级的负载等效电容 2L L C C n '=
S L ——变压器等效漏感
M L ——变压器有效磁化电感
n ——变压比 12
N n N =
2N ——变压器次级匝数
1N ——变压器初级匝数
脉冲变压器的脉冲波形的特点 理想的脉冲波形是指矩形脉冲波。由于电路的参数影响，实际的脉冲
波形与矩形脉冲有所差异。其典型波形如图所示
图1-2脉冲变压器的脉冲波形
1. 峰值脉冲幅度U m
峰值脉冲幅度是相通过脉冲顶部的平滑曲线外推线的愚大值10％的
起始“尖峰”或“过冲”。
2. 脉冲持续时间t d
脉冲持续时间是指脉冲幅度等于峰值脉冲幅度的50％的最初与最后瞬间相隔的时间。
3. 脉冲上升时间
t
r
脉冲上升时间是指脉冲幅度最初达到峰值脉冲幅度10％与90％两瞬间相隔的时间。除去波形中不需要或无关的部分。
4. 脉冲下降时间
t
l
脉冲下降时间是指脉冲幅度达到峰值脉冲幅度90％的最后瞬间与紧接在后面的脉冲幅度降到峰值脉冲幅度10％的瞬间相隔的时间，除去波形中不需要改无关的部分。
当顶降的数值接近峰脉冲幅度的10％时上述定义的下降点可用脉冲幅度达到峰值脉冲幅度的80％的最后瞬间代替。
5. 顶降λ
顶阵是指峰值脉冲幅度与脉冲顶部平滑曲线(除去起始“尖峰”或“过冲”)外推线在通过定义为脉冲下降时间的点的直线上交点的脉冲幅度之差的百分比。
6. 脉冲顶峰
脉冲顶峰是指脉冲的最大幅度。
7. 过冲θ
过冲是指脉冲顶峰超过蛤值脉冲幅度的数值。过冲以峰值脉冲幅度的百分比表示。
8．反摆
反摆是指反向脉冲的最大幅度，即越过零幅度电平以下的部分，反摆以峰脉冲幅度的百分比表示
9．回摆
回摆是在反摆之后回转的最大幅度，回摆以峰值脉冲幅度的百分比表示。
10．恢复时间
恢复时间是指脉冲下降时间终止与脉冲幅度最后达到峰值脉冲幅度10%瞬间相隔的时间。在可使用小于10%字的特殊情况下，将此时间间隔称为“x％恢复时间”。
脉冲变压器的设计包括变压器结构、铁心材料、绝缘方式的选取，绕组线径、匝数、铁心尺寸和绝缘距离的确定等。设计出的脉冲变压器必须满足如下要求：
获得特定的脉冲上升时间；提供合适的脉冲平顶；达到要求的脉冲下降时和脉冲尾部的频率响应；为电子管的正确工作创造条件；提供电路的电压变换；保持温度在合理的范围之内；为电子管的灯丝电流提供通道；经受住要求的工作电压；经受所需要的电压应力。
输出脉冲的波形畸变不允许超过规定值。变压器是线路的一部分，因此，变压器等值线路的参数应当符合要求。变压器的温升应不超过规定位。变压器应当有足够的抗电强度和高的可靠性；变压器的体积应当最小，重量应当最轻，效率越高超好。
1.2 计算原始数据：
输入脉冲的参数：
脉冲变压器的初级电压U1V 脉冲振荡器的内阻R1Ω脉冲宽度T K S
S
脉冲前沿宽度T
S1
脉冲的平顶降落ΔU1V 脉冲重复频率 F HZ 初级电路的引线电感L1M H 初级电路的引线电容C1M F 脉冲振荡器的输出电容C Z F 输出脉冲的参数：
负载电压U2V
负载电阻 R 2 Ω
脉冲前沿宽度 s t S
脉冲前沿顶部上冲 δU 2 V
脉冲后沿宽度 j t S
脉冲的平顶降落 ΔU 2 V
次级电路的引线电感 L 2m H
次级电路的引线电容 C 2m F
负载电容 C F F
速调管的参数如下：
超高频功率 st P =30MW
效率 st n = 0.4 板压 U 2=280KV
灯丝电压 12V
灯丝电流 30A
速调管需要的脉冲宽度为k t =2μs ，重复频率为F=50Hz 。在0.9电平
测得的脉冲前沿宽度应s t ≤0.3μs ；在0.1电平测得的脉冲后沿宽度应
j t ≤0.5μs 脉冲平顶降落应U U
?〈2％；前沿顶部不允许有上冲则δU 2=0。考虑到速调管的效率，脉冲变压器的输出功率应不低于75MW 。由于功率
大，希望脉冲变压器的效率尽量高，最好为0.9。
脉冲振荡器的内阻为：
电压U2＝12kV ，R1＝1.82Ω
变压器初级电路的寄生参数为:引线电感L 1m ＝0.1μH ；振荡器电容与
引线电容之和为C 1m =2500PF ；储能器充电电流的有效值为I CH ＝1.5A 。
2 脉冲变压器的设计
2.1 线路的计算
脉冲变压器的设计从选取绕组线路开始。选取绕组线路的主要根据是变
比。脉冲宽度、绕组工作电压、脉冲重复频率等也必须考虑。例如，当脉
冲宽度很宽、电压极高时，绕组匝数很多，必须采用多层绕组，尽管它的
结构有些复杂。然而，只有经过初步计算之后，才能说明是否有这种必要。
因此，在着手设计时，选取绕组线路的唯一根据就是变比。
为了选取脉冲变压器的绕组线路，首先确定变比：
3
231280102412100.95
B U n U η?===?? 根据速调管的效率和板压来确定它的等值直流电阻
()Ω=???==1047
4.0103010280623
222st ST n P U R Ω=÷=='82.12410472222N R R
()()H ?=?+???=?'+'≥-662
221211109102.082.182.182.182.1102U U R R R R t L k 首先检验升压变压器脉冲前沿畸变时简化等值线路
图2-1 分析升压变压器脉冲前沿畸变时所用的变压器简化等值线路
根据脉冲变压器的性质：
假定在x=0时
:
(()12s
s t Ls R R δτ'=+
C = （2-1）
在x=1时
(()12s s t Ls R R δτ'=
+
C =
在本设计中假定X=0
按照设计要求，前沿顶部上冲应等于零。根据图选取δp ＝1。在δp
＞1时，前沿顶部也没有上冲，然而，这时脉冲前沿宽度加大。利用δp
＝1的曲线，在
0.9电平处求得前沿相对宽度为3.25
图2-2负载为速调管时脉冲前沿标准无量纲曲线
图示为δ=1时负载为线性电阻时，p δ为稳定状态下即匹配状态下的
非线性电阻的特性曲线。
电压传输系数为
5.082.182.182.12
12=+='+'=R R R α 允许的漏感和分布电容：
((
)(()
{1266
6.0.3101 1.82 1.823.25
0.575100.09910s S S
t R R L H
στ---'±+=?+=?=?
6
9
929.71017310
C F ---==??=???下面计算时将舍去较小的漏感，而采用其较大的值；合去较大
的分布电容，而采用其较小的值。
()
()690.5751029.710S L H C F --=?=?
为了保证前沿顶部没有上冲，波阻抗应具有如下的数值：
Ω=??==--4.410
7.2910575.096
C L S ρ 按求得的S L 和C 及任务书规定的初次级电路寄生参数，确定允许的
变压器漏感和分布电容。假定变压器初级绕组的出头引线电感等于初级电
路的引线电感。折算到次级的变压器漏感为初级漏感2n 倍，因而，次级
绕组的出头引线电感忽略不计。这时：
脉冲变压器的允许漏感和动态分布电容如下：
16660.575100.1100.1100.375SB S M RM
L L L L ---=--=?-?-?=H
2
199242929.710 2.5105102424.310B M ST C C C C N F
----=--=?-?-??=?
2.2 绝缘的设计
高压脉冲变压器的绝缘包括骨架、绕组与地、层间绝缘、导线的匝间
绝缘、灌封材料以及高压引出等。其中任一环节的损坏都将导致变压器的
完全失效。因此，优化高压绝缘设计。可以保证或延长其寿命。提高其可
靠性架采用有机玻璃制作。将铁心安装在骨架中骨心，高压脉冲从高电压
端的中心引出。次级线圈的另一端和初次线圈导线从低电压端引出。重点
设计各引线端彼此间的耐压，并在骨架两端做工艺孔。便于灌封材料的注
入和排气初次级线圈选择表面质量好。高强度缩醛漆包圆铜导线，以保证
导线的匝间绝缘。层间绝缘材料选用绝缘电阻大、电气强度高、介质损耗
小、机械强度大和有良好的耐热性的绝缘薄，其厚度根据层间电压差计算
膜沿面耐压水平：由灌封材料的长度来决定绝缘强度体绝缘性能：由灌封
材料和薄膜厚度来决定绝缘强度将绕制好的高压脉冲变压器进行真空浸
油并密封。以提高变压器油的绝缘强度，并在灌封前，对变压器油进行去
杂质、去湿等处理
为提高高压脉冲变压器的耐压性能，我们围绕以下几个方面进行绝缘
结构设计：
(a) 采用有机玻璃制作绝缘筒，将铁心安装在绝缘筒中心，高压绕组引
线从高电压端的中心引出、二次绕组的另一端和一次绕组导线从低电压端
引出着重设计好各引线端彼此间的绝缘强度，并在绝缘筒两端留出工艺
孔，便于油的注入和排气。
(b) 一二次绕组选择表面质量好、高强度缩醛漆包圆铜导线，以保证导线
的匝间绝缘
(c) 要求层间绝缘材料的绝缘电阻大、电气强度高、介质损耗小、机械强
度高、耐热性好。绝缘薄膜的厚度则根据层间电压差计算。
(d) 沿面耐压由油的绝缘强度来决定。
(e) 体绝缘由油和薄膜厚度的绝缘强度来决定。
(f) 要保证选用的变压器油质地纯净，绝缘性能稳定，粘度较低。
（g) 对高压脉冲变压器器身进行真空浸油并密封，以提高变压器油的绝
缘强度，并在注油前，对变压器油进行去杂质、去湿等处理。
方案的初级电压不算高，可以采用绝缘厚纸或电缆纸作为初级绕组与
铁心间的绝缘。然而，考虑到变压器的功率极大，为了改善铁心与绕组的
散热，最好初级绕组与铁芯间为纯油间隙初级绕组的绝缘结构如图所示，
为了便于对方案的变压器进行比较，为了改善铁心的散热条件，根据60kv
的工作电压来选取绝缘距离1?根据变压器油的抗电强度，取其一半，求
得绝缘距离1?=0.85cm 考虑到铁心表面不光滑，会使绝缘间隙1?中的电
场有某些不均匀，以及绝缘支架表面击穿电压较低，还希望铁心和初级绕
组有良好的散热条件，因此1?=1cm 。用有机玻璃做绝缘骨架。由于初次
级绕组间电压极高，并考虑到在脉冲振荡器及脉冲变压器过电压下这调管
会发生短时击穿，可能产生火花，因此，初次级绕组间用纯油间照绝缘。
在故障状态，绝缘间隙12
?''可能短时击穿，采用油绝缘，能自动恢复其绝缘性能。当油老化时，不必把变压器拆下来就可以换油，这都是采用该种
绝缘介质的主要原因。
在绝缘结构中，绕组间的电场是非常均匀的。为了确定绝缘距离12
?''，要考虑变压器油的抗电强度和脉冲宽度、电极距离、电极形状等因素的关
系。根据允许电场强度为140—160 kV ／cm 求得绝缘距离12
?''＝2-2.5cm 。考虑到使用过程中油的老化，取此12
?''＝cm 3.0绝缘距离12?'等于骨架的厚度，通常此12
?'=0.3cm 。仍用有机玻璃做骨架。 在所选的变压器结构中，绕组的散热条件很好。电流密度可以提高到
15——202m m A 。然而为了保证变压器有较高的效率，为了防止速调管灯
丝电流在次级绕组中产生过大的电压降，取电流密度为52m m A 。降压灯
丝变压器接到次级绕组的I 组和II 组间，次级绕组始端接交流电网。这时，
次级绕组每段的灯丝电流为：
A =??==82.022*******D D DD I U U I
按已知的脉冲重复频率及脉冲宽度，脉冲占空系数：
46
101025011=??==-K Ft q 次级绕组每段及初级的有效值电流分别为：
A =??===67.01010474102804443
22
2
2q R U q I I E
120.672416E E I I n ==?=A
忽略集肌肤负效应时各段的等值电流为： ()()A =?+?=+=98.182.028.267.022
22222DD R E DZ I K I I A =??? ??+?=??? ??+=2745.18.21642
22211CH R E DZ I K I I 为了减弱集肤效应，初级绕组用几股线并联绕制。每股的线径和次级绕组
一样。初级绕组并联的股数为：
2498
.12721≈==DZ DZ I I N
mm j I D D DZ 71.05
98.113.113.1221==== 集肤效应系数为：
1.21021071.018.2118.2163=??+=+=--K ZF t D
K
考虑到集肤效应，把线径增大到0.9mm ，这时的电流密度和所取值
相差不多确定了匝数和匝间电压之后，选取导线牌号，并确定匝间距离。
初步计算叫取匝间距离为1.2mm
2.3 铁心和绕组的选择
2.3.1铁心的设计要求
铁心是脉冲变压器的重要组成部分。脉冲变压器的体积、质量等主要
指标都由铁心来确定
脉冲变压器铁心中发生的电磁过程和普通电源变压器一样，都遵循如
下的规律；
1．电磁感应定律，该定律确定了变压器绕组电压与铁心磁通变化串之间
的关系；
2．全电流定律，该定律确定了铁心中的磁场强度和变压器磁化电流间的
关系；
3．磁滞现象，该现象表示铁心中磁感应强度的变化和磁场强度的关系；
4．随时间而变化的磁通穿过铁心时引起的涡流现象；
5．铁心的磁饱和现象。
脉冲变压器的主要特点是：铁心中发生的一切电磁过程都是高速的和
不对称的脉冲宽度和重复频率不同，其中电磁过程变化的速度及不对称性
都有很大差别。由于涡流和磁通的变化率成比例，因此，脉冲变压器铁心
中的涡流是极其显著的。涡流的存在，使铁心损耗激增。有效磁导率大幅
度下降。如果不采取有效措施，铁心中电磁过程的不对称性使铁心材料的
磁性能得不到充分利用。
脉冲变压器的铁心型式和其他变压器一样，脉冲变压器使用的铁心型式有壳式、心式和环形三种。一般，大功率脉冲变压器使用CD型心式铁心或者具有接近圆截面的心式铁心，当需附加直流偏置时，使用不切开的C 形铁心，这种铁心称为矩形铁心。中小功串脉冲变压器使用ED型和环形卷统铁心。铁心尺寸根据提高励磁电感，减小寄生参数，缩小铁心体积这一原则来确定。
脉冲变压器铁心的工作状态和电源变压器不同，对材料的要求也不一样。脉冲变压器的铁心材料必须具备如下特性。
1．在前沿很陡的窄脉冲作用下，磁感应增量的变化率极高，在铁心中将感生强烈的涡流，引起显著的损耗，为了降低这种损耗，确保在窄脉冲情况下能得到高的有效脉冲磁导宰，希望铁心材料的电阻率越高超好。2．前面已经说过，对于不加去磁磁场的脉冲变压器来说，铁心工作在极限局部磁滞回环上，为了能有较高的ΔB值，铁心材料的饱和磁感应强度越高越好，剩余磁感应强度越低越好
3．为了改善脉冲变压器的技术经济指标，在设计大功率脉冲变压器时，都要外加去磁磁场。对于这种变压器来说，希望铁心材料的矫顽磁力要小，矩形系数要大，饱和磁感应强度要高
4．为了降低脉冲变压器的温升，希望铁心材料的比损耗越小越好。5．铁心材料还应当具有良好的温度稳定性及耐辐射性等。
脉冲变压器的常用铁心材料有：电工钢、软磁合金、软磁铁氧体、非晶态台金等对于脉冲变压器来说，最常用的铁心材料是冷轧电工钢DGl-DG4。在没有退火的状态下，该材料有较高的饱和磁感应强度和较低的剩余磁感应强度。退火以后，这种材料的磁滞回环有较高的矩形度，有较高的平均脉冲磁导串，加上价格低廉，因而在大小脉冲变压器中都广为采用。
在设计大功率脉冲变压器时，为了得到最小的体积，最轻的重量，希望铁心的磁感应增量和脉冲磁导率越大越好。可见，磁感应增量越高，脉冲磁导率也越高。因而，希望选取比较高的磁感应增量。
然而，磁感应增量越高，铁心的磁滞与涡流损耗将更高。磁感应增量
提高几倍，铁心的截面积就减小到原来的几分之一。在磁路长度不变的情
况下。随着截面的减小，铁心体积、铁心损耗、绕组平均匝长、绕组损耗
等都下降。
选取冷轧电工钢带DG2为铁心材料。它的价格比软阳合金低，磁性
能也比较好。为了降低铁心损耗，选取带厚为0.05mm.铁心做成带绕式的，
形状为C D 形，但不切开。先卷绕后退火，以保证磁滞回环有较高的矩形
度。为了减小铁心尺寸，取磁感应增量为此T s 32=B =?B 。
2.3.2铁心的去磁电路
要想得到这样高的磁感成增量，必须有去磁磁场。由于人工线的充电
电流不够大，必须利用专门的去磁电源，经脉冲变压器的初级绕组去磁。、
铁心去磁电路的计算
图2-3脉冲变压器的直流去磁电路
在图中 Q I 是产生去磁电流的电源；ZL I 是阻流圈用来防止去磁电源对脉冲
电压的短路。为了阻流圈对脉冲平顶没有影响，电感量足够大，而分布电
容要足够小。电容P C 用来对脉冲进行旁路，防止在去磁电源的内阻上
产生脉冲压降。去磁可由下式确定：
1
Q Qm I N H l = （2-2）
采用图2-3所示的去磁电路。去磁磁场的强度应比材料的矫顽磁力略
大一些。根据DG2—0.05的矫顽磁力为36A/m
选取去磁磁场强度为H Q ＝1.25H C ＝1.25×36＝45A/m
根据式2-2可得：
145 1.0369.35
Q Q H l
I A N ?=== 去磁电流沿初级的四段绕组流过，各段的电流密度约增大15％，因
而，这是允许的。不需要改变导线直径。对于不同的设计方案来说，去磁
电路中阻流圈的电感量也不同，其值分别为：
H L L Z 661102220151014815--?=??==
初级电路的总电感满足电参数及平顶降落的要求。为了方便起见，把阻流
圈做成单层螺线管式的
从图2-4可见，DG2—0.05的比磁化能为20x10-4J/cm 3因而，当脉冲
重复频率为50Hz 时，单位体积的损耗为0.1w ／cm 3比损耗相对不高，铁
心的温升不会超过允许值。
根据脉冲宽度k t 和铁心材料的带厚，按图2-5求得有效脉冲磁导率
e μ为3000。
假定铁心的制造工艺十分完善，因而，铁心的填充系数为0.85，为了
减小绕组的平均匝长，铁心截面做成正方形的，这时s k ＝1。对于四段并
联的锥形绕组来说：
图2-4 T 3=?B 时铁心材料的比磁化性能和脉冲宽度的关系
图2-5 有效脉冲磁导率和脉冲宽度的关系
变压器的设计实例
摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.sodocs.net/doc/8314586214.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率 f=38kHz； 变换器输入直流电压 Ui=310V； 变换器输出直流电压 Ub=14.7V； 输出电流 Io=25A； 工作脉冲占空度 D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应
脉冲变压器的铁芯选材要求
脉冲变压器的铁芯选材要求 脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为t d(m s)、脉冲幅值电压为U m(V)的单极性脉冲电压加到匝数为N的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量ΔB(T)为：ΔB=U m t d/NS c′10-2其中S c为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量ΔB 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时，ΔB=B m-B r,如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，ΔB=B m+B r。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的ΔB与相应的ΔH p之比为脉冲磁导率m p。 理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间t r与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容C s成比例，脉冲顶降l与励磁电感L m成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。 脉冲变压器的漏电感L s=4b p N12lm/h 脉冲变压器的初级励磁电感L m=4mp p S c N2/l′10-9 涡流损耗Pe=U m d2t d lF/12N12S c r b为与绕组结构型式有关的系数，l m为绕组线圈的平均匝长，h为绕组线圈的宽度，N1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度，S c为铁芯的截面积，m p为铁芯的脉冲磁导率，r为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度，F为脉冲重复频率。 从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。 为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量L m，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率m p。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。 脉冲变压器对铁芯材料的要求为： 1、高饱和磁感应强度Bs值； 2、高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感； 3、大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁 感应材料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc。 4、小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高； 5、损耗小。
大功率电源设计
《电力电子技术》课程设计说明书 大功率电源设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 专业： 班级： 完成时间：2014年5月29日
摘要 主要介绍36kW 大功率高频开关电源的研制。阐述国内外开关电源的现状．分析全桥移相变换器的工作原理和软开关技术的实现。软开关能降低开关损耗，提高电路效率。给出电源系统的整体设计及主要器件的选择。试验结果表明，该装置完全满足设计要求，并成功应用于电镀生产线。 关键词：高频开关电源；全桥移相；零电压开关；软开关技术
ABSTRACT The analysis and design of 36 kW high frequency switching power supply are presented．The present state of switching power supply is explained．The operating principle of full bridge phase—shifted converter and realization of soft switching techniques are analysed．Soft switching can reduce switching loss and increase circuit s efficiency．Integer designing of power supply system and selection of main device parameters are also proposed．The experiment results demonstrate the power supply device satisfies design requirements completely．It has been applied in electric plating production line success—fully． Keywords：high frequency switching power supply；full bridge phase—shifted；zero voltage switching；soft switching tech— nlques
变压器安装步骤及流程
变压器安装步骤及流程 一、设备及材料准备 变压器应装有铭牌。铭牌上应注明制造厂名、额定容量，一二次额定容量，一二次额定电压，电流，阻抗，电压%及接线组别等技术数据。 变压器的容量，规格及型号必须符合设计要求。附件备件齐全，并有出厂合格证及技术文件。 型钢：各种规格型钢应符合设计要求，并无明显锈蚀。 螺栓：除地脚螺栓及防震装置螺栓外，均应采用镀锌螺栓，并配相应的平垫圈和弹簧垫。其它材料：电焊条，防锈漆，调和漆等均应符合设计要求，并有产品合格证。 二、主要机具 搬运吊装机具：汽车吊，汽车，卷扬机，吊链，三步搭，道木，钢丝绳，带子绳，滚杠。 安装机具：台钻，砂轮，电焊机，气焊工具，电锤，台虎钳，活扳子、鎯头，套丝板。 测试器具：钢卷尺，钢板尺，水平尺，线坠，摇表，万用表，电桥及测试仪器。 三、作业条件 施工图及技术资料齐全无误。土建工程基本施工完毕，标高、尺寸、结构及预埋件强度符合设计要求。 屋面、屋顶喷浆完毕，屋顶无漏水，门窗及玻璃安装完好。 室内粗制地面工程结束，场地清理干净，道路畅通。 四、操作工艺
设备点检查 设备点件检查应由安装单位、供货单位、会同建设单位代表共同进行，并做好记录。 按照设备清单，施工图纸及设备技术文件核对变压器本体及附件备件的规格型号是否符合设计图纸要求。是否齐全，有无丢失及损坏。变压器本体外观检查无损伤及变形，油漆完好无损伤。 绝缘瓷件及环氧树脂铸件有无损伤、缺陷及裂纹。 变压器二次搬运 变压器二次搬运应由起重工作业，电工配合。最好采用汽车吊吊装，也可采用吊链吊装。变压器搬运时，应注意保护瓷瓶，最好用不箱或纸箱将高低压瓷瓶罩住，使其不受损伤。变压器搬运过程中，不应有冲击或严重震动情况，利用机械牵引时，牵引的着力点应在变压器重心以下，以防倾斜，运输倾斜角不得超过15 度，防止内部结构变形。 大型变压器在搬运或装卸前，应核对高低压侧方向，以免安装时调换方向发生困难。 变压器稳装变压器就位可用汽车吊直接甩进变压器室内，或用道木搭设临时轨道，用三步搭、吊链吊至临时轨道上，然后用吊链拉入室内合适位置。变压器就位时，应注意其方位和距墙尺寸与图纸相符，允许误差为±25mm, 图纸无标注时，纵向按轨道就位，横向距墙不得小于800mm ，距门不得小于1000mm 。附件安装 变压器的交接试验变压器交接试验的内容： 测量线圈连同套管一起的直流电阻；检查所有分接头的变压器的变压比；检查三相变压器的接线组别和单项变压器引出线的极性；测量线圈同套管一起的绝缘电阻；线圈连同套管一起做交流耐压试验。 变压器送电前检查变压器送电试运行前做全面检查，确认符合试运行条件时方可投入运行。变压器试运行前，必须由质量监督部门检查合格。
脉冲变压器
脉冲变压器 脉冲变压器是一种宽频变压器，对通信用的变压器而言，非线性畸变是一个极重要的指标，因此要求变压器工作在磁心的起始导磁率处，以至即使象输入变压器那样功率非常小的变压器，外形也不得不取得相当大。除了要考虑变压器的频率特性，怎样减少损耗也是一个很关心的问题。 与此相反，对脉冲变压器而言，因为主要考虑波形传送问题。即使同样是宽频带变压器，但只要波形能满足设计要求，磁心也可以工作在非线性区域。因此，其外形可做得比通信用变压器小很多。还有，除通过大功率脉冲外，变压器的传输损耗一般还不大。因此，所取磁心的尺寸大小取决于脉冲通过时磁通量是否饱和，或者取决于铁耗引起的温升是否超过允许值。 一、脉冲变压器工作原理 脉冲变压器利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通Φ1。右面铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，Φσ基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证Φ1为正弦波。 二、脉冲变压器的应用 脉冲变压器广泛用于雷达、变换技术；负载电阻与馈线特性阻抗的匹配；升高或降低脉冲电压；改变脉冲的极性；变压器次级电路和初级电路的隔离应用几个次级绕组以取得相位关系；隔离等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. （2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 三、脉冲变压器与一般变压器的比较 所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. (2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 本文由https://www.sodocs.net/doc/8314586214.html,整理。
变压器的选择与容量计算
变压器的选择与容量计算 电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠与经济有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是主接线设计中一个主要问题。选用配电变压器时，如果 把容量选择过大，就会形成“大马拉小车”的现象。不仅增加了设备投资，而且还会使变压 器长期处于空载状态，使无功损失增加。如果变压器容量选择过小，将会使变压器长期处与 过负荷状态。易烧毁变压器。依据“小容量，密布点”的原则，配电变压器应尽量位于负荷 中心，供电半径不超过0.5千米。配电变压器的负载率在0.5?0.6之间效率最高，此时变压器的 容量称为经济容量。如果负载比较稳定，连续生产的情况可按经济容量选择变压器容量。对于仅向 排灌等动力负载供电的专用变压器，一般可按异步电动机铭牌功率的 1.2倍选 用变压器的容量。一般电动机的启动电流是额定电流的4~7倍，变压器应能承受住这种冲击， 直接启动的电动机中最大的一台的容量，一般不应超过变压器容量的30就右。应当指出的 是：排灌专用变压器一般不应接入其他负荷，以便在非排灌期及时停运，减少电能损失。对 于供电照明、农副业产品加工等综合用电变压器容量的选择，要考虑用电设备的同时功率，可按实 际可能出现的最大负荷的 1.25倍选用变压器的容量。根据农村电网用户分散、负荷 密度小、负荷季节性和间隙性强等特点，可采用调容量变压器。调容量变压器是一种可以根据负荷 大小进行无负荷调整容量的变压器，它适宜于负荷季节性变化明显的地点使用。对于 变电所或用电负荷较大的工矿企业，一般采用母子变压器供电方式，其中一台（母变压器）按 最大负荷配置，另一台（子变压器）按低负荷状态选择，就可以大大提高配电变压器利用率，降低配电变压器的空载损耗。针对农村中某些配变一年中除了少量高峰用电负荷外，长时间处于低负荷运行状态实际情况，对有条件的用户，也可采用母子变或变压器并列运行的供电方式。在负荷变化较大时，根据电能损耗最低的原则，投入不同容量的变压器。变压器的容 量是个功率单位（视在功率），用AV （伏安）或KVA（千伏安）表示。它是交流电压和交流
变压器生产流程
变压器生产流程 原材料领料 变压器图纸确认 绕组首先确认图纸是否与生产产品相符，确认其容量无误后再看线规，找出线规后确认匝数。其次确认是何种接线方式（星型和三角型），高压图纸要看其分接出头，数好出头匝数，低压看好是何种绕线方式，出头长度，换位位置，绕组的内外径，幅向大小等。 绝缘首先根据线圈内经算出纸筒纸板长宽度，其次从图纸编号找出端绝缘长度图纸，包括油道垫块和瓦楞纸油道厚度，依次找出端圈及上下铁轭绝缘 一二次侧绕组、绝缘 一次绕组 看图纸确认出头长度，用红蓝铅笔在导线标出，如果是螺旋式需不同的尺度，后一组比前一组多量出一根导线的长度，以便保持出头整齐美观。出头折弯后要用皱纹纸半迭式包一层，出头要弧度角度一致，出头整理好后用皱纹纸包三毫米厚，外用白布带绑紧（不可用紧缩带，焊接时容易烧坏）。 纸筒绕之前要先用卡尺把模具外径量准，需要加垫纸板的要裁好。纸筒纸板选一毫米为宜两头搭接绕制用紧缩带绕紧，绕制中辅助工要用锤沿着紧缩带敲紧。 圆筒式绕法端绝缘由纸条制成时，用直纹布带将其绑扎在第一匝导线上开始绕第一匝时，边绕边再线匝下面沿圆周放四处拉紧布带（紧缩带）。端绝缘的绑扎成8字形。拉紧布带将第一匝和端绝缘绑扎在一起，绕第二匝时将拉紧布带翻到上面来，绕第三匝时在压到下面去，这样曲折的将端圈拉紧。圆筒式绕组中间换位一次，换位后要用皱纹纸包一层再用半毫米纸板垫在里面用白布带绑紧。绕制时辅助工要不断的靠紧和控制幅向，层间用0.08毫米电缆纸三层绝缘，第二匝与出头要用半毫米纸板隔开以免破坏绝缘同样在底部升层时的剪刀口处也要加。 结束时两个出头要对齐，同样出头与倒数第二匝也用纸板隔开，两出头要扎紧。剪断线前要用紧缩带扎紧整个线圈。 螺旋式绕组主要是630千伏安以上的低压绕组，出头与圆筒式相同，需要注意的是出头折弯处用斜拉紧缩带与前面的拉紧布带一样压紧并一直压到结束出头并绑紧防止出头弹出和线圈张力作用。 （1） 绕组绕制要紧密无间隙
脉冲变压器设计
脉冲变压器设计
目录 前言 ......................................... 错误!未定义书签。 1 脉冲变压器设计要求和原始数据 ............... 错误!未定义书签。 脉冲变压器计算程序设计要求................. 错误!未定义书签。 计算原始数据：............................. 错误!未定义书签。 2 脉冲变压器的设计 ........................... 错误!未定义书签。 线路的计算................................. 错误!未定义书签。 绝缘的设计................................. 错误!未定义书签。 铁心和绕组的选择........................... 错误!未定义书签。 铁心的设计要求............................ 错误!未定义书签。 铁心的去磁电路............................ 错误!未定义书签。 绕组的选择............................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的脉冲的计算..................... 错误!未定义书签。 脉冲平顶降落的验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲的前沿畸变验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲后沿宽度的检查....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的整体结构....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升与经济指标................. 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标................ 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标的验算......... 错误!未定义书签。 3 脉冲变压器的试验 ........................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的初次试验....................... 错误!未定义书签。 加压试验................................. 错误!未定义书签。 改变回路参数的试验....................... 错误!未定义书签。 “+／-极性”的试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的负荷试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲波形的检查........................... 错误!未定义书签。 漏感和电容............................... 错误!未定义书签。 变比的测量............................... 错误!未定义书签。总结 ........................................ 错误!未定义书签。致谢 ....................................... 错误!未定义书签。参考文献 ..................................... 错误!未定义书签。
静电除尘用高压高频大功率变压器的设计
静电除尘用高压高频大功率变压器的设计 Design of High Voltage, High Frequency and High Power Transformer for Electrostatic Precipitators 浙江大学刘军，石健将，何湘宁 Email：liujun.zju@https://www.sodocs.net/doc/8314586214.html,，jianjiang@https://www.sodocs.net/doc/8314586214.html, 摘要：介绍了静电除尘用高压高频大功率变压器在LCC电路中工作时的设计。变压器的寄生参数—漏感和绕组电容被用作谐振元件使用，并与一个外加的串联谐振电容组成LCC谐振环。控制上采用断续电流模式，实现了功率器件的零电流开通和零电流零电压关断。仿真证明在几乎相同的输出电压下，较小的变压器绕组电容具有较小的谐振电流峰值，因此在采用了分段结构的变压器设计以减小变压器绕组电容。寄生参数的理论计算和实际测量值间的误差小于15%，因此可以用于谐振元件的优化设计来满足电路的需求。设计了具有60kV和60kW的高频变压器和相应的LCC谐振变换器，给出了实验结果。 Abstract-The design of a high voltage, high frequency and high power transformer is introduced considering its operation in the LCC resonant converter. The leakage inductance and winding capacitance of the transformer are used as the resonant elements. An additional series resonant capacitor is added to form the LCC topology. The discontinuous current mode (DCM) is adopted to achieve the ZCS turn-on and ZVZCS turn-off of the power switches. Smaller value of the winding capacitance is preferred because it has the effect of decreasing the peak value of the resonant current at almost the same output voltage. The theoretic calculation of the winding capacitance and leakage inductance of the transformer is given. The error between the theoretical calculation and practical measurement is within 15%. So optimization design of the parasitic resonant elements can be achieved to meet requirement of the circuit. A prototype of LCC resonant converter with 60kW and 60kV output is built based on the designed transformer. Experiment results are given. 关键词：变压器，高压，高频，大功率，LCC，谐振，软开关，绕组电容，漏感 Keywords：transformer, high voltage, high frequency, high power, LCC, resonant，soft switching, winding capacitance, leakage inductance 1.引言 高压高频大功率变压器广泛应用于环境保护之中，例如静电除尘用于大气的保护、污水处理实现水质的净化、等离子体处理织物用以减小染料的使用等等[1,2]。在这些应用中，高压高频大功率变压器是电源系统的关键部分，除了担负着升压、传递能量和安全隔离的重要作用之外，还直接影响到电路的运行。因此，高压高频大功率变压器的设计显得尤为重要。但高压高频大功率变压器的设计不同于传统工频大功率变压器，也不同于高压高频小功率变压器，更不同于电力电子开关电源中常规的低压高频变压器。高频、高压和大功率交织在一起，使得高压高频大功率变压器设计时必须特别考虑高压、高频和大功率工况下变压器内部的电场、磁场和热场[3]。因此，高压高频大功率变压器的设计涉及到电力电子学、物理学、材料学等交叉学科的研究。本文主要针对静电除尘用高压高频大功率变压器决定LCC谐振变换器工作特性的关键参数进行分析、研究和设计。 2.工作电路 高压变压器应用于高频场合时，寄生参数不容忽视。因为一方面当变压器高压侧绕组电容值折算到低压侧时需要乘以匝比的平方，由于匝比较大，因此得到的原边等效绕组电容较大；另一方面，为了保证高压变压器高低压绕组间的绝缘强度，两者间距离较大，电磁耦合与低压变压器情况下相比较差，导致漏感较大[4]。变压器的寄生参数对电路的工作具有较大的影响，引起输入电流的振荡、畸变，改变电路的特性，严重时电路将不能正常工作。因
移相全桥大功率软开关电源的设计
移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。电源的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。目前，如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好 的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构，整个主电路，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值，防止偏磁的。考虑到效率的问题，谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高 的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。
开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中，滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡，图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后，功率母排的温升为38℃，电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升，我们最终采用了容性功率母排，图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出，谐振基本消除，满载运行一小时后，无感功率母排的温升为11℃，电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构，使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗，输出整流二极管采用多只大电流（400A）、耐高电压（80V）的肖特基二极管并联使用。而且，每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样，每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时，次级整流二极管配上了RC吸收网络，以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗，有利于效率的提高。 对于大电流输出来说，一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方
大功率可控硅整流柜使用说明
STR-1500A大功率可控硅整流柜使用说明 一、适用范围: 本产品适用于电力生产用的水轮发电机或汽轮发电机的励磁系统,在系统中接受励磁调节器的控制,执行和完成励磁工作,本产品特别适用于静止自并励励磁系统。 二、使用技术条件: 1.海拔不超过1000米。 2.环境温度室内不低于-10℃,不高于+40℃。 3.空气最大相对湿度不大于95%(20℃)。 4.没有导电尘埃以及没用腐蚀性破坏绝缘的气体或蒸汽的场所。 5.无剧烈振动和冲击以及垂直倾斜度不超过5 的场所。 6.交流电源应符合三相对称,波形为正弦,频率变动范围不超过1%的场所。 三、产品技术指标(单柜): 1.额定交流三相输入电压550V,最大1500V。 2.额定直输出电压500V,最大1500V。 3.额定直流输出电流1500A,最大3000A(强迫风冷)。 半额定直输出电流900A,最大1000A(弱风冷却或停风运行时温升1.5℃/分)。 4.允许1.8倍的直流输出电流强励20秒(强迫风冷)。 5.功率柜额定风量(4500m3/H)。 6.功率柜采用空气进气过滤密封门结构，元件采用组件结构形式冷却。 7.柜体尺寸:2200×1000×1000(高×宽×厚),风道出风口:565mm×260mm 8.各项指标均符合GB7409--87及299—89、DL/T 650-1998标准的有关规定。 四、工作原理及操作程序: 1.主回路电联结采用三相全控桥式整流由六只φ77mm的大功率晶闸管分别压装在三只风冷组件上.三相交流进线端设有结构紧凑的QHD-01A-1600A/1500V 刀开关,直流输出端设有QHD-1600A/1500V双极刀开关.可以额定运行1500A。每个晶闸管都有NGT3B型快速熔断保护及吸收过电压的RC阻容回路,具有快熔熔断报警.电流表显示输出直流电流的数值。 2.每个柜子的顶部设有风道接口,便于联接空调或风机集中通风.并装设有风压继电器检测信号,考虑停风报警.而且风道罩及其柜前观察窗盖板均可拆卸,便于清扫及更换晶闸管、阻容元件.外部空气通过空气过滤网后进入柜体,以保证空气清洁.柜子前门上装设有输出电流表、及每个桥臂脉冲有显示信号.为方便起见,脉放电源投切开关MK则装在脉冲放大盒上。 3.脉放电源投切开关MK起切合末级直流电源的作用,指示灯显示直流电源的分,合状态.外部直流电源和同步方波信号通过19线航空插头送到脉冲形成回路中.六对脉冲触发线通过脉冲变压器隔离后,送到末极整流板上.脉冲形成回路包括:光电隔离、信号整形、脉冲列调制、功率放大、反向去磁、工作显示和稳压滤波等环节.末级整流板将脉冲变压器副边的脉冲信号进行整流、反向箝位、
关于大功率高频变压器的设计
关于大功率高频变压器的设计 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。新晨阳电容电感铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。 高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。 注意： 1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。 2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。 单片开关电源高频变压器的设计要点 高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，新晨阳电容电感单片开关电源中高频变压器性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性（EMC）。为此，一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。 高频变压器的直流损耗是由线
变压器设计
应用领域： ?逆变焊机电源 ?通讯电源 ?高频感应加热电源 ? UPS电源 ?激光电源 ?电解电镀电源 性能特点： ?高饱和磁感应强度----有效缩小变压器体积 ?高导磁率、低矫顽力-提高变压器效率、减小激磁功率、降低铜损 ?低损耗-降低变压器的温升 ?优良的温度稳定性-可在-55~130℃长期工作 铁基纳米晶铁芯与铁氧体铁芯基本磁性能对比 纳米晶铁芯铁氧体铁芯 基本参数 饱和磁感强度Bs 1.25T 0.5 剩余磁感Br（20KHz） <0.20 0.2 铁损（20KHz/0.2T）（W/Kg） <3.4 7.5 铁损（20KHz/0.5T）（W/Kg） <30 — 铁损（50KHz/0.3T）（W/Kg） <40 — 磁导率（20KHz）（Gs/Oe） >20,000 2,000 矫顽力Hc(A/m) <1.60 6 饱和磁致伸缩系数（×10－6） <2 4 电阻率(μΩ.cm) 80 106 居里温度(℃) 560 <200 铁芯叠片系数 >0.70 — 纳米晶主变铁芯一代产品 安泰非晶生产的第一代逆变主变压器铁芯,带材厚度30μm，适合20KHz条件下工作。磁芯设计最大功率=重量最小值x10
产品规格 铁芯尺寸保护盒尺寸 有效截面 积 磁路长 度 重量最小 值 建议适用焊机 电流 od(mm) id (mm) ht(mm) OD (mm) ID (mm) HT (mm) (cm2) (cm) （g）（A） ONL-503220 50 32 20 53 28 23 1.35 12.8 125 120, 140, 160 ONL-644020 64 40 20 66 37 23 1.68 16.3 200 160, 180 ONL-704020 70 40 20 73 38 24 2.16 17.3 270 180, 200 ONL-704025 70 40 25 72 37 28 2.63 17.3 330 180, 200 ONL-755025 * 75 50 25 77 47 28 2.19 19.6 310 180, 200 ONL-805020 80 50 20 82 46 23 2.1 20.4 300 160, 180, 200 ONL-805 025 80 50 25 85 44 30 2.63 20.4 390 200, 250, 300 ONL-1006020 100 60 20 105 56 23 2.8 25.1 510 315, 350, 400 ONL-1056030 105 60 30 110 56 35 5.06 25.9 945 315, 350, 400 ONL-1206030 120 60 30 125 57 35 6.3 28.3 1280 400, 500, 630 ONL-1206040 * 120 60 40 125 57 45 8.4 28.3 1710 500, 630 ONL-1207020 120 70 20 125 67 25 3.5 29.8 750 350, 400, 500 ONL-1207025 120 70 25 125 67 30 4.38 29.8 940 315, 350, 400 ONL-1207030 120 70 30 125 67 35 5.25 29.8 1130 500, 630, 800 ONL-1207040 * 120 70 40 125 67 45 7 29.8 1500 500, 630, 800, ONL-1308040 130 80 40 136 76 45 7 33 1660 500, 630, 800 ONL-17011050 * 170 110 5 0 176 104 56 10.5 43.96 3320 1000, 1250, 1600 注：可以根据用户要求提供其它规格的铁芯。 纳米晶主变铁芯二代产品 相比一代逆变主变压器铁芯，二代铁芯减小了发热量，在同等工作条件可以选择更加小型化的铁芯，满足焊机行业轻量化、小型化的发展要求。
高压脉冲发生器
FS系列直流高压发生器 一、产品概述： 高压脉冲发生器广泛用于电表、家用电器、低压电器、机电等相关行业进行绝缘性能试验。高压脉冲发生器主要包括充电电路、脉冲成形电路两大部分。此外，脉冲变压器是高压大功率脉冲发生器中的关键部件，其功率转换效率高并对减小脉冲发生器的体积和重量起到决定作用。 FS系列直流高压发生器是我公司根据中国行业标准BF24003-90《便携式直流高压发生器通用技术条件》的要求，重新设计制造的新一代便携式直流高压发生器。它适用于电力部门、企业动力部门对氧化锌避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验和泄漏电流试验。 二、高压脉冲发生器设计的要点 1、充电电路 目前比较常见的高压脉冲发生器充电电路包括电阻充电电路和电感充电电路。电阻充电电路结构简单、技术成熟，但其充电效率低，一般适用于中小功率、脉宽窄或工作比很低的场合；电感充电电路，由于其效率较高，故在大功率、高频场合下经常使用。另外，还有回扫充电电路、阶梯充电电路等。实际应用中需根据具体要求选择合适的充电电路。
2、高压脉冲成形 高压脉冲成形是高压脉冲发生器的主要部分。对于一般的指数型脉冲，可以通过控制调制开关的导通，使储能电容通过调制开关对负载放电，从而在负载上得到输出脉冲。该方法简单、技术成熟，但其杀菌效率明显低于方波脉冲。目前高压方波脉冲的产生一般采用全桥逆变加脉冲变压器升压。这种脉冲成形电路的优点是降低了初级电路的设计难度，但也存在很大的缺陷，如初级的震荡会传递到次级，从而使输出波形变差，其占空比的调节也比较困难，在频率较低时脉冲变压器体积较大且难设计。随着高压大电流开关的发展，使用高压直流电源、高压调制开关，可以通过控制开关的导通和关断在负载上得到脉冲输出。 该开关通过简单的电路，将功率MOSFET或者IGBT串并联，通过选用低感元件及合理的布局，从而实现脉宽和频率宽范围可调的高压脉冲发生器，且寿命长易于维修，但串并联开关器件导通和关断的控制电路设计比较复杂，需考虑均压均流同步等问题。另外，还有一种线型脉冲调制器，其以人工线（脉冲形成网络）做储能元件，用氢闸流管或晶闸管SCR 做开关，实现全部放电的脉冲调制器。其中人工线由电容和电感组成，随着其级数的增加，输出脉冲的波形越趋于方波。但人工线参数一旦确定，其输出脉宽就基本确定，所以该方法不适用于要求输出脉宽大范围可调的场合。实际应用中根据实际输出脉冲的指标要求来选取合适的脉冲成形电路。 3、高压脉冲变压器的设计 高压脉冲发生器中为了解决调制开关器件的电压等级以及阻抗匹配等问题，一般采用脉冲变压器。脉冲变压器的使用会使其最大输出脉冲受限于脉冲变压器磁芯的可利用伏秒特性，为了增加输出脉宽，一般增加去磁电路，以使其磁芯复位。利用脉冲变压器升压的高压脉冲发生器，其初级电路电压等级降低、设计难度减小。但这种结构要求脉冲变压器初级必须流过较大的电流，在脉冲变压器升压比较大时初级电流更大。因此在设计中要根据输出电压幅值、功率大小、脉冲调制开关的开关能力和脉冲参数的要求等方面进行权衡以确定合适的脉冲变压器升压比。脉冲变压器的漏感以及回路分布电感会影响输出脉冲的前后沿，因此在对输出脉冲前后沿要求较高或要求输出窄脉冲时，应设法减小脉冲变压器的漏感以及合理布局放电回路。 三、工作原理
反击式开关电源变压器设计
反激式开关电源变压器的设计 反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数，如占空比D，最大峰值电流，设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小，对器件的磨损也尽量小。同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源的性能会有很大下降，如损耗会加大，最大输出功率也会有下降，下面我系统的说一下我算变压器的方法。 算变压器，就是要先选定一个工作点，在这个工作点上算，这个是最苛刻的一个点，这个点就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入85V到265V，输出5V，2A 的电源，开关频率是100KHZ。 第一步就是选定原边感应电压VOR，这个值是由自己来设定的，这个值就决定 了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压，是这样的，这要从下面看起，慢慢的来， 这是一个典型的单端反激式开关电源，大家再熟悉不过了，来分析一下一个工作周期，当开关管开通的时候，原边相当于一个电感，电感两端加上电压，其电流值不会突变，而线性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压，开关开通时间，和原边电感量．在开关管关断的时候，原边电感放电，电感电流又会下降，同样要尊守上面的公式定律，此时有下降了的Ｉ=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压，即放电电压，开关管关断时间，和电感量．在经过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来，不可能会变，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的，等于下降了的，懂吗，好懂吧，上式中可以用Ｄ来代替ＴＯＮ，用１－Ｄ来代替ＴOOF，移项可得，D=VOR/（VOR+VS）。此即是最大占空比了。比如说我设计的这个，我选定感应电压为80V，VS为90V ，则D=80/（*80+90）=0.47 第二步,确实原边电流波形的参数. 原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值，这个值是这样算的，电流平均值=输出功率/效率*VS，因为输出功率乘以效率就是输入功率，然后输入功率再除以输入电压就是输入电流，这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值，尖峰值是多少呢，这个我们自己还要设定一个参数，这个参数就是KRP，所谓KRP，就是指最大脉动电流和