电子直线加速器的谐振变压器设计与研究

论文摘要

电子直线加速器在国民经济中的多个领域内得到广泛应用,尤其是辐照加工和三废处理。基于串联谐振、空心变压器和倍压整流的谐振变压器以其效率高、造价低、结构紧凑、辅助设备少等优点,成为ELV型加速器的主要加压装置。本文对输出为100kV/30mA的单相谐振变压器样机进行了原理说明、结构设计和优化、参数计算和仿真试验。简要介绍了串联谐振、空心变压器、倍压整流和串级倍压原理,给出了单相谐振整流变压器等效电路和向量模型,并对其绕组进行了ANSYS仿真分析。对变压器的结构进行了设计,包括初次级绕组、整流硅堆、负载等的参数设计和元件选型。采用矩形磁屏蔽、二倍压桥式整流、四绕组级联等优化,使变压器结构更合理,性能更可靠。添加均压电阻、根据电感值改变次级绕组叠放次序,解决了电压分布不均问题。均压帽和均压套有效地防止了高压尖端放电。在理想激励下对装置进行了MATLAB仿真,根据串联谐振特性确定了谐振电容,通过补偿仿真确定滤波电容和滤波电感参数,并给出了全补偿仿真波形,装置效率为80.9 %,纹波系数为3.12%。同时分析了整流硅堆中的滤波电容和负载变化对直流输出纹波系数和输出电压稳定度的影响。对样机进行了故障诊断和改进,更换滤波电容和磁屏蔽后实验证实了分析的正确性。给出了变频器输出SPWM波的波形;对变压器的线性度进行了测试,得出线性度较好的结论;通过试验验证大部分性能达到设计要求。通过模型的计算与仿真结果和实验波形的对比,说明了模型在谐振整流变压器设计方面的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 加速器国内外研究现状及趋势
• 1.3 高压直流电源研究现状及趋势
• 1.4 课题研究内容
• 2 样机原理说明和理论分析
• 2.1 单相谐振变压器原理说明
• 2.2 实验可行性分析
• 2.3 串联谐振电路分析
• 2.4 空心变压器模型分析
• 2.5 基于等效电路相量模型的无功补偿分析
• 2.6 倍压整流与串级倍压
• 3 样机结构设计、优化和参数计算
• 3.1 谐振变压器结构设计
• 3.2 谐振变压器结构优化
• 3.3 变压器绕组的ANSYS 仿真分析
• 3.4 谐振变压器参数计算
• 4 谐振变压器的MATLAB 仿真分析
• 4.1 理想激励下的仿真
• 4.2 单相变频器输出仿真
• 4.3 高压直流输出纹波系数仿真
• 4.4 高压直流输出负载特性仿真
• 5 实验与分析
• 5.1 变压器故障诊断与改进
• 5.2 谐振变压器线性度分析
• 5.3 串联谐振实验
• 5.4 无功补偿实验
• 6 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献