[发明专利]开关电容一体化的变压器初级模块及装配方法

说明书

公开了一种开关电容一体化的变压器初级模块及装配方法，开关电容一体化的变压器初级模块中，电磁铁连接件设在外筒的上表面，电磁铁固定连接电磁铁连接件，非金属连接件设在电磁铁连接件内部，非金属连接件连接电磁铁，电动机构支承于电磁铁连接件的上表面且连接电磁铁，线圈固定块设在电磁铁连接件底部，电流测量线圈支承于线圈固定块，内筒与外筒同轴布置且位于外筒内，驱动电极穿设电流测量线圈且连接非金属连接件，高压电极连接驱动电极底部，高压电极和驱动电极形成气体开关，脉冲电容器经由连接部连接高压电极，脉冲电容器经由绝缘安装座支承于外筒内。

技术领域

本发明涉及高压储能领域，特别是一种开关电容一体化的变压器初级模块及装配方法。

背景技术

随着脉冲功率技术的发展，对脉冲电源的要求越来越高。传统的Tesla变压器基于重频的要求，一般采用半导体开关和电容器组串并联组合的形式作为初级储能。但是，该方式受限于半导体开关工作电压和电容器储能，一般设计电压几百伏。在需要兆伏级以上输出的场合，变压器变比一般大于2000：1；导致变压器次级充电时间较长，一般几十到几百微秒；磁芯截面大，重量重。在电磁脉冲环境模拟技术领域，尤其是机动式布置的电磁脉冲模拟装置，对变压器重量和体积提出了更苛刻的要求。因此，需要提高变压器初级运行电压来降低变压器变比，减小初级储能模块电感来降低变压器次级充电时间，从而降低对变压器伏秒积的要求，减小变压器磁芯的体积和重量。

根据变压器初级充电回路参数对次级输出电压的电路分析可知，初级模块电感对次级电压充电时间正相关。次级电容上充电时间可用以下公式计算：

其中，Cp为变压器初级电容；α为失谐系数，与变压器初、次级电容电感参数有关；L_∑为泄漏电感，主要由变压器初级漏感和初级回路电感决定。由此可见，当初次级电容参数、变压器励磁参数一定时，初级回路电感成为L_∑的主要来源。因此，Tesla变压器初级模块的电感参数成为影响次级充电时间和变压器伏秒积的主要因素，自身电感能否做得更小，成为影响变压器磁芯重量的关键。

Tesla变压器初级模块由初级电容、开关和电流测量线圈等组成。传统思路采用多开关和电容串并联水平排布的形式，杂散电感较大，运行电压较低。针对运行电压几十千伏的变压器初级，电容器绝缘距离长、开关间隙较大才能满足绝缘要求，但同时给大体积带来了大电感的隐患。

针对上述问题，本发明提供了一种紧凑性同轴结构，布放高压电容器、开放式气体开关和电流测量线圈，采用电容、开关、负载的一体化设计，提供了一种结构更加紧凑，电感和绝缘性能优良的变压器初级模块及装配方法。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，提供了一种开关电容一体化的变压器初级模块及装配方法，采用紧凑型同轴结构，布放高压电容器、开放式气体开关和电流测量线圈，采用电容、开关、负载的一体化设计。该模块可用于百千伏以上高压脉冲电源中。初级电容为8μF时，可在125pF的次级电容上获得1.6μs的充电时间，可在500pF的次级电容上获得2.5μs的充电时间。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

开关电容一体化的变压器初级模块包括，

外筒，

电磁铁连接件，其设在所述外筒的上表面，电磁铁固定连接所述电磁铁连接件；

非金属连接件，其设在所述电磁铁连接件内部，所述非金属连接件连接所述电磁铁；

电动机构，其支承于所述电磁铁连接件的上表面且连接所述电磁铁；

线圈固定块，其设在所述电磁铁连接件底部；