【摘要】：利用脈沖變壓器可以較容易地構(gòu)造出在峰值功率、平均功率、穩(wěn)定性、壽命等方面性能優(yōu)良的脈沖功率系統(tǒng)。相比于其他類型的脈沖變壓器,螺旋線型Tesla變壓器不僅不受鐵磁材料飽和和頻率的限制,而且具有結(jié)構(gòu)簡單、次級匝間電容小、成本低、容易實現(xiàn)高變比等優(yōu)點(diǎn),在長壽命、高重復(fù)頻率運(yùn)行等應(yīng)用場合更具優(yōu)勢。本文在對Tesla變壓器諧振充電電路模型進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,研制了一臺匝數(shù)比為3:660的油浸式螺旋線Tesla變壓器樣機(jī),其峰值變比大于100,次級可以獲得大于150kV的高壓,能量傳輸效率可達(dá)到40%。利用樣機(jī)對螺旋線型Tesla變壓器的諧振充電特性進(jìn)行了實驗研究,結(jié)果表明增大初級電容,增大失諧系數(shù),可以提高輸出峰值變比。當(dāng)失諧系數(shù)大于1時,增大變比的同時,能量傳輸效率反而會下降。初級電流最大上升率與充電電壓成正比,與初級回路總電感成反比�；诳招韭菪�Tesla變壓器的研究,研制了一套高壓重頻納秒脈沖電源,對其結(jié)構(gòu)和組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計和測試。利用濾波電容經(jīng)電感對變壓器原方電容進(jìn)行快速充電,可以滿足脈沖源重頻運(yùn)行時的充電要求。通過氣體開關(guān)對變壓器輸出的微秒脈沖進(jìn)行陡化,可以產(chǎn)生上升沿為30 ns,幅值為100kV,重復(fù)頻率為500Hz的納秒脈沖波形。針對待研制直流斷路器的參數(shù)和工況,設(shè)計了一套基于Tesla變壓器的開關(guān)觸發(fā)器系統(tǒng)。為保證可靠性,設(shè)計了與多級開關(guān)并聯(lián)的阻容鏈?zhǔn)接|發(fā)分壓網(wǎng)絡(luò)。在Pspice軟件中對觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)和Tesla變壓器型觸發(fā)器的觸發(fā)過程進(jìn)行了仿真�？紤]到長期掛網(wǎng)運(yùn)行的絕緣問題,對Tesla變壓器型觸發(fā)器的供電方案進(jìn)行了分析。搭建了四級間隙實驗回路,對相關(guān)問題進(jìn)行了驗證。
[Abstract]:The pulse power system with good performance in peak power, average power, stability and lifetime can be constructed easily by using pulse transformer. Compared with other types of pulse transformers, helical Tesla transformers are not only not limited by the saturation and frequency of ferromagnetic materials, but also have the advantages of simple structure, small secondary turn capacitance, low cost, easy to realize high conversion ratio and so on. High repetition rate operation and other applications have more advantages. Based on the theoretical analysis of the resonant charging circuit model of Tesla transformer, a prototype of oil-immersed helical Tesla transformer with turn ratio of 3: 660 is developed. The peak conversion ratio is more than 100, and the secondary voltage is higher than 150kV. The efficiency of energy transmission can reach 40%. The resonant charging characteristics of helical Tesla transformer are experimentally studied by using a prototype. The results show that increasing primary capacitance and detuning coefficient can increase the peak-to-peak ratio of output. When the detuning coefficient is greater than 1, the energy transfer efficiency decreases with increasing the variable ratio. The maximum rise rate of primary current is directly proportional to the charge voltage and inversely proportional to the total inductance of the primary circuit. Based on the research of hollow helix Tesla transformer, a set of high-voltage nanosecond pulse power supply with repetition frequency is developed, and its structure and components are designed and tested in detail. Using the filter capacitor to charge the transformer's original capacitance by inductance, it can meet the charging requirements of pulse source when the repetition frequency is running. The nanosecond pulse waveform with 30 ns, rise edge and 500Hz repetition rate can be generated by steepening the microsecond pulse output from the transformer by gas switch. According to the parameters and working conditions of DC circuit breaker to be developed, a switch trigger system based on Tesla transformer is designed. In order to ensure reliability, a resistive and capacitive chain trigger voltage divider network is designed in parallel with multistage switches. The trigger process of trigger network and Tesla transformer flip-flop is simulated in Pspice software. Considering the insulation problem of long-term grid operation, the power supply scheme of Tesla transformer flip-flop is analyzed. The four-level gap experimental circuit is built and the related problems are verified.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM417

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本文編號：2365137