空芯脉冲变压器锥形绕组电压分布

 研究了空芯变压器锥形绕组的电压分布特性。运用多导体传输线理论建立锥形绕组的多导体传输线数值分析模型,推导模型等效电路中各项分布参数的求解公式,利用有限元软件求解分布参数并进行模拟计算。搭建实验平台测量绕组各匝线圈首端的电压波形,得到了匝间电压和对地电压的分布规律,实验结果与模拟计算基本吻合。研究表明：分布参数会引起电压谐振,冲击电压的上升沿在绕组首端产生匝间过电压;多导体传输线模型可对锥形变压器绕组的电压分布进行有效计算。     

脉冲变压器锥形高压绕组电压分布实验研究

 对脉冲变压器锥形高压绕组进行了脉宽为1 μs，500 ns及100 ns三种不同脉宽的单脉冲实验，研究了不同输入条件下绕组中的电压分布特性，比较了空心、加内铁芯和加内外铁芯三种不同结构绕组中的对地电压及匝间电压的分布曲线。实验结果表明：在高频冲击电压条件下，脉冲变压器锥形高压绕组中的电压呈现非线性分布且存在明显的振荡过程，导致绕组首端的电压梯度增大，伴随脉宽减小电压波形发生明显畸变，冲击电压以波的形式在绕组中传播，从而引起匝间电压按照正弦规律起伏变化，匝间电压的极值通常出现在绕组首末端，加入铁芯有助于抑制电压谐振但同时增大了匝间电压。     

高温超导变压器在雷电冲击下的电压响应

为研究6.6 MW高温超导变压器的高压磁体在雷电冲击过电压下的暂态电压响应，依据多导体传输线理论，建立了以单匝为一个单元的高频等效电路模型。利用有限元软件和编写程序求得分布参数，通过推导状态方程，并对状态变量求解，在时域内得到了各匝在雷电冲击全波电压和雷电冲击截波电压下的暂态响应。在三种雷电冲击波下高压磁体的绝缘满足安全运行的要求，首端匝间绝缘最为薄弱，雷电波发生截断可大幅降低绕组各匝最大对地电位、绕组末端的层间电压，其中在波前发生截断时可大幅降低磁体各匝间电压、层间电压，说明选用动作快速的避雷器至关重要。     

脉冲形成线放电过程中Tesla变压器锥形绕组电压分布特性

 介绍了Tesla变压器与脉冲形成线一体化结构的工作原理，实验研究了形成线放电过程中形成的冲击电压波在Tesla变压器锥形次级绕组中的分布特性；给出了输入电压脉宽分别为1 μs，500 ns和100 ns时，锥形绕组中的对地电压和匝间电压分布规律；采用首端并绕、末端并绕和在首端加入屏蔽环三种措施优化绕组结构。结果表明：形成线放电过程中，变压器锥形次级绕组不会明显影响形成线中的电场分布，绕组的对地电压呈线性分布，匝间电压曲线起伏剧烈，首端电压梯度最大；三种优化措施都能抑制电压振荡，首端并绕对降低绕组首端电压梯度最为有效，末端并绕对降低绕组末端电压梯度最有效。     

脉冲变压器锥形绕组感应系数矩阵简化计算方法

 在进行脉冲变压器多匝数（实际变压器绕组匝数多达4000以上）锥形绕组电压分布仿真时,绕组感应系数矩阵巨大的计算量是制约其实现的瓶颈之一。为了克服此瓶颈,研究了绕组感应系数矩阵的规律性,指出感应系数存在端部效应,且线圈间的互有感应系数随间距衰减很快。在此基础上提出了脉冲变压器锥形绕组感应系数矩阵的简化计算方法,对多匝数绕组,该方法能传统方法所需的n(n+1)/2步减少至2n+25（n为绕组匝数）,大大减少了计算量,使多匝数绕组的仿真计算成为可能。     

脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

为实现高压、大电流脉冲变压器在高重复频率电压作用下稳定运行，变压器的绝缘选择与布置是其设计时重点考虑的问题之一。在短脉宽、高幅值的电压作用下，变压器绕组本身形成了一个不均匀场，如果绕组绝缘结构设计不当，就很容易在绕组的局部产生畸变的强电场，导致变压器绕组击穿，对脉冲功率发生装置的研制工作造成了极大的危害。这种现象在高频下更为明显。因此，研究高功率脉冲变压器绕组的电压分布，采用适当的措施实施有效方法进行绕组结构优化设计，改善高功率脉冲变压器绕组的电压分布，将会在很大程度上提高高功率脉冲变压器重复工作的能力，对保证高功率脉冲发生器可靠、安全运行具有重要的理论与工程意义。     

雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应

 从传输线模型出发，通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型，采用时域有限差分法计算得出雷电回击电流的近场分布，将场值代入离散的传输线方程后，计算了架空电力线终端的感应过电压。通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析，发现由于其它导体的存在，多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%；并且对于垂直导体结构，最小感应电压产生在距离地面最近的导体上；而对于水平导体结构，最小感应电压产生在中间导体上。     

脉冲变压器充电过程中次级线圈匝间电压的分布

实验发现线绕的螺旋形脉冲变压器在充电期间存在击穿的现象,有时甚至在原边刚导通的时刻就发生击穿,而此时副边并无电压输出。为解释这种实验结果和避免击穿,提高耐压水平,利用简化的多导体传输线方法,在忽略了充电过程中的位移电流情况下,给出了变压器在不同时刻次级绕组层间电压分布。结果表明:变压器层间电压分布随时间变化,且与电路外部参数如失谐、原边电容电压等存在关系。失谐系数较小时,可能在充电的初始时刻就发生变压器击穿。可以利用这些特性来改进螺旋形线绕变压器的设计,使电压分布尽可能均匀,提高耐压强度。     

800 kV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32.6 μs。     

级间耦合传输线脉冲变压器

级间有耦合传输线的脉冲变压器除第一级传输线外所有传输线均绕制在同一磁芯上。利用电路等效法对该变压器进行了理论分析,结果表明:相比采用其他绕线结构的传输线变压器,该传输线变压器的顶降更低,而且仅需要一块磁芯。根据该设计方法,研制了一台四级传输线脉冲变压器,变压器的输入阻抗为4.2Ω,输出阻抗为67.7Ω。利用该变压器对脉冲形成网络(PFN)形成的脉冲进行电压变换,变压器匹配负载上输出电压脉冲脉宽为120 ns,前沿为20 ns。该脉冲幅值是PFN对4.2Ω负载直接放电形成脉冲幅值的4倍,且两者波形基本一致。     

基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器

研制了一台基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器,具有结构紧凑、小巧轻便等优点。铁芯变压器磁芯由0.08 mm的硅钢薄带绕成半月形闭合结构,放置于铝制紧固件中;初次级绕组采用双绕组并联结构,两个锥形高压绕组对称绕制在刻槽的有机玻璃骨架上并将高压从圆筒中轴线引出,改善了绕组电场分布的不均匀性并实现了高压的同轴输出。铁芯变压器、LC调谐回路和27 pF脉冲形成线组成三谐振回路,其中谐振电容为同轴结构电容,谐振电感由直径0.08 mm的漆包线不均匀绕制于刻槽的有机玻璃绝缘体上。实验结果表明,该三谐振脉冲变压器最大工作电压大于800 kV,充电时间约为650 ns,同时也验证了将双谐振铁芯脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。     

150kV/1 kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源

建立了重复频率、可调脉宽线板放电型电晕等离子体驱动源实验平台,该平台由谐振充电、脉冲升压变压器和磁开关宽脉冲调制等部分构成,试验平台输出脉冲电压峰值150 kV、最高重复频率1 kHz、输出脉冲前沿0.53μs、脉冲宽度5~25μs可调节。阐述了该平台脉冲调制原理,通过实验结果分析了脉冲变压器分布电容对系统能量传输的影响,指出提高脉冲氢闸流管开关能力、改善脉冲变压器绝缘结构设计、降低匝间分布电容可以进一步提高输出电压和重复频率。     

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz～10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。     

Effect of rate of current rise in the output windings on the space-time distribution of the electron beam in a betatron

This article reports results of a study of the effect of the rate of current rise in the output windings of a betatron on the parameters of the resultant electron beam. It is shown that the rate of current rise in the windings only changes the duration of the radiation pulse associated with the beam and its delay relative to the initiation of the current pulse in the windings. The spatial distribution of the beam is determined mainly by the distribution of the magnetic field of the betatron. The findings obtained from the study made it possible to simplify the current pulse generator in the output-winding supply circuit of the PMB-6E betatron, reduce its size, and make it more reliable.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 3, pp. 24–28, March, 1985.     

Tesla变压器次级线圈电位分布

 为研究Tesla变压器锥形次级线圈的电位和电场分布问题,建立了非均匀参数双传输线模型,采用差分方法获得波动方程的数值解。计算结果表明：脉冲形成线充电过程中,最高场强点从次级线圈小半径端逐渐向大半径端移动;脉冲形成线快速放电后,次级线圈场强最大点位于大半径端部;脉冲形成线不能正常放电时,次级线圈最大场强点也位于大半径端部,此时场强达到最大值,约为平均场强的1.5倍。     

基于三导体同轴线和Tesla变压器的脉冲形成线理论分析

 提出一种由三导体同轴线构成的脉冲形成线技术方案,利用中筒改善内外筒间电场分布,提高平均场强,从而获得更高的形成线电压及储能。利用双次级Tesla变压器为形成线充电,简单分析了电路特点及次级电压波形,给出两个筒间隙电压达到恰当比例对应的充电时间。通过优化内筒、中筒半径,得到形成线电压和储能曲线,结果表明:外筒半径固定时,形成线电压和储能均存在最大值。特别分析了有效储能问题,给出了有效储能曲线和能量效率曲线。