[发明专利]一种具有波纹型绕组结构的高功率脉冲变压器

说明书

本发明公开了一种具有波纹型绕组结构的高功率脉冲变压器，目的是解决脉冲幅值变比较低、运行稳定性下降，工作性能受限等问题。本发明由初级绕组支撑、初级绕组、次级绕组支撑、次级绕组、绝缘外壳和磁耦合介质组成。磁耦合介质、次级绕组支撑、初级绕组支撑从内到外同轴嵌套于绝缘外壳内。初级绕组支撑和次级绕组支撑是由绝缘材料构成的波纹型圆锥筒，波纹型可增大次级绕组和初级绕组的长度，在确定体积内提升次级绕组匝数，提高高功率脉冲变压器的脉冲幅值变比；且增大初级绕组的长度可在相同的初级绕组匝数下提高匝间间隔，增加运行稳定性。磁耦合介质可聚合磁力线，提高耦合系数。本发明原理简单，使用方便，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲驱动源技术领域的高功率脉冲变压器，尤其是一种具有波纹型绕组结构的高功率脉冲变压器。

背景技术

高功率脉冲驱动源技术是一种将长时间(ms量级)、低功率(kW量级)储存的能量，通过能量压缩、传输，转换成短时间(ns量级)、高功率(GW量级)形式并释放到负载中的电物理技术。20世纪60年代以来，随着核物理、加速器物理，以及等离子体物理等领域研究的推进，逐步发展成为一门高技术新兴学科，是当前国际上非常活跃的前沿高科技之一，在高能激光、高功率微波、电子对抗等国防和现代工业、环境保护、材料处理等工业领域具有广泛的应用前景。

实现高电压(MV量级)脉冲输出是高功率脉冲驱动源的核心技术之一，直接决定了脉冲驱动源的工作能力。使用高功率脉冲变压器实现高功率脉冲驱动源输出电脉冲的电压幅值提升是该领域的重要技术手段之一，获得了广泛关注和应用。

高功率脉冲变压器主要由磁耦合介质、初级绕组和次级绕组构成。磁耦合介质由相对磁导率为μ_S(μ_S1)的介质构成，μ_S越大，耦合系数K(0K1)越高。初级绕组和次级绕组均由缠绕在耦合介质周围的导电材料构成。高功率脉冲变压器的工作原理为电磁感应定律，即当脉冲电信号加载到初级绕组时，次级绕组会通过磁耦合效应感应出脉冲电信号。理想情况下(耦合系数K＝1)，次级绕组感应出脉冲电信号峰值电压V_S与初级绕组加载脉冲峰值电压V_P的比值等于次级绕组和初级绕组的匝数比，即其中，N_S和N_P分别为次级绕组匝数和初级绕组匝数。相同的匝数比时，绕组匝间距离越大，发生匝间绝缘失效的概率越低，变压器性能越稳定；在相同的耦合系数K下，匝数比越大，次级绕组上感应出脉冲电信号的变压效果越好。

加拿大原子能有限公司C.R.J.Hoffmann在学术论文《A Tesla transformerhigh-voltage generator》【C.R.J.Hoffmann.“A Tesla transformer high-voltagegenerator”，Review of Scientific Instruments,Vol.46,1975(一种基于Telsa型脉冲变压器的高功率脉冲发生器,激光与离子束,46卷,页码：1-6,1975年)”】中报道了一种高功率脉冲变压器。该脉冲变压器具有圆周对称性，其角向截面如图1所示，主要由工作腔1、初级绕组支撑2、初级绕组3、次级绕组支撑4、次级绕组5和背景气体6构成。初级绕组支撑2和次级绕组支撑4下底面通过绝缘材料焊料焊接在工作腔1圆柱型密闭空间的下底面，且与工作腔1同轴；初级绕组3和次级绕组5分别缠绕在初级绕组支撑2和次级绕组支撑4上；背景气体6均匀充满整个工作腔1。