空芯带绕式脉冲变压器参数计算及电场分布特性初步研究

论文摘要

空芯带绕式脉冲变压器具有体积小、重量轻和造价低、不存在磁饱和效应等特点,在脉冲功率领域获得广泛的应用。特别在强流电子加速器中,常用其给脉冲形成线充电,使加速器系统结构紧凑。本论文提出了一种计算空芯带绕式脉冲变压器参数的方法,并对变压器内部电场分布和影响其寿命的因素等进行了分析。论文的主要工作体现在如下三个方面:1.在介绍空芯带绕式变压器初、次级线圈电感的通常的计算方法的基础上,提出了一种更精确的计算方法—平均电磁场法。并详细推导了变压器初、次级线圈电感,互感和耦合系数的计算公式。用该方法和通常的计算方法对已研制的变压器参数进行计算,并与实验结果比较,该方法计算结果误差最小。此外,根据平均电磁场法的计算公式,对影响空芯带绕式变压器的耦合系数的因素进行了分析。2.根据已知变压器的结构和几何参数,建立理论模型,采用Pspice和CST分别对次级线圈的匝间电压分布进行了模拟计算,并对模拟结果进行了理论分析和实验验证。3.研制了一个小型空芯带绕式变压器以及方波脉冲发生器,对变压器进行实验研究。实验测量了次级线圈电阻和电感的频率响应,并在200V的低电压下,测量了变压器次级线圈的匝间电压分布。验证了理论分析、模拟计算的正确性。此外,初步分析了杂质和变压器结构对其寿命的影响。并从理论、模拟和实验三个方面具体分析了不同电阻负载变化对其寿命的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 空芯带绕式脉冲变压器的原理及应用
• 1.2 课题研究的现状
• 1.3 论文的研究意义及研究内容
• 1.3.1 论文的研究意义
• 1.3.2 论文的研究内容
• 第二章 空芯带绕式脉冲变压器参数的理论计算
• 2.1 空芯带绕式脉冲变压器参数的传统计算方法
• 2.2 空芯带绕式脉冲变压器参数的平均电磁场计算方法
• 2.3 耦合系数
• 2.4 小结
• 第三章 空芯带绕式脉冲变压器内部电磁场分布的理论分析和模拟计算
• 3.1 变压器次级线圈的匝间电压分布
• 3.1.1 匝间电压分布的Pispice 模拟
• 3.1.2 匝间电压分布的CST 模拟
• 3.2 变压器次级线圈内部电场分布的模拟计算
• 3.3 小结
• 第四章 空芯带绕式脉冲变压器的实验研究
• 4.1 变压器的制作
• 4.2 变压器电感的测量
• 4.2.1 LCR 仪测量电感的误差分析
• 4.2.2 测量结果与理论计算结果比较
• 4.3 脉冲变压器的频率响应
• 4.3.1 变压器电阻的频率响应
• 4.3.2 变压器电感的频率响应
• 4.3.3 变压器频率响应结果的分析
• 4.4 变压器匝间电压的实验研究
• 4.4.1 实验装置
• 4.4.2 方波脉冲发生器
• 4.4.3 测量结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 影响空芯带绕式脉冲变压器寿命因素的分析
• 5.1 变压器内气泡、杂质和尖端对寿命的影响
• 5.2 变压器结构对寿命的影响
• 5.3 负载变化对变压器寿命的影响
• 5.3.1 理论分析与计算
• 5.3.2 电路模拟分析
• 5.3.3 实验研究
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作成果和结论
• 6.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果