不闭合磁芯的Tesla变压器初次级线圈电感估算.pdfVIP

第 25卷第 10期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol_25，No．10 2013年 10月 HIGH POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S Oct．，2013 文章编号 ： 10Ol一4322(2013)10—2763—04 不 闭合磁芯的Tesla变压器初次级线圈电感估算 石 磊， 樊亚军， 朱郁丰 (西北核技术研究所 ，高功率微波技术重点实验室 ，西安 710024) 摘 要 ： 对具有不 闭合磁芯的Tesla变压器磁路进行 了研究，计算 了Tesla变压器磁路 中磁力线分布 以 及各处磁感应强度分布 ，结果表明：在磁芯所在位置 ，磁力线主要集 中在磁芯 内部 ；在 内外筒磁芯之间，磁力线 主要分布在初次级线圈以外磁芯两端之间的空隙中。实际的Tesla变压器漏磁较小，分析 了在没有漏磁 的理 想情况下 Tesla变压器不闭合磁芯对初 、次级线圈电感的影响，并给出了初 、次级线圈电感 的估算公式，利用估 计公式得 出的结果与实际测量对 比，误差范围在 15 以内，该公式在 Tesla变压器设计和参数估算时不失为一 种简便易行的处理方法 。 关键词 ： Tesla变压器 ； 不闭合磁芯； 初级线圈； 次级线圈； 磁路 中图分类号 ： TM85 文献标志码 ： A doi：10．3788／HPLP2763 Tesla变压器是一种双谐振脉冲变压器 ，由N．Tesla于 1891年首次提 出_1]。把 Tesla变压器与脉冲形成 线结合起来的想法是由俄罗斯科学院 G．A．Mesyats院士和他的同事们 [2]提 出来的。采用 Tesla变压器构造 技术 ，结构紧凑 ，体积和质量较小 ，能量传输效率高，并能够实现大变 比升压，可以降低初级回路工作电压 ，使初 级回路控制相对比较容易，但其结构复杂，技术难度大[3]。在 Tesla变压器的设计 中，初 、次级线圈电感等是 很重要的参数 ，文献[7]对空芯 Tesla变压器 的初 、次级线圈电感等参数进行 了计算 ，但对不闭合磁芯 的Tesla 变压器的初 、次级线圈电感研究较少 。本文研究了Tesla变压器磁路中磁力线分布 以及各处磁感应强度分布 ， 分析了在理想情况下 Tesla变压器不闭合磁芯对初 、次级线 圈电感的影响，并给出了初 、次级线圈电感 的估算 公式 。 1 磁路分析 ’ 磁路概念的建立是基于磁性 (铁磁)材料的磁导率远远大于非铁磁材料的磁导率 ，也就是说 ，由磁导率大的 导磁体构成磁路的路径 ，则磁通主要在这种路径——磁路中通过。电路 中导电材料的电导率一般是周围绝缘 材料的电导率的 1O倍 以上，而磁路 中导磁材料的磁导率一般是周围非导磁材料 的磁导率的 10～1O倍 ，二者 相差较大。因此，在实际的磁路中漏磁现象比漏电现象要显著得多。漏磁通 的计算比较困难 ，在大多数情况下 忽略漏磁通 。 由于高压绝缘和结构要求 ，将 Tesla变压器 的 初级线圈、次级线 圈置于脉冲形成线 内部 ，次级线 圈一般为锥形结构 ，两端分别与脉冲形成线内外筒 相连 ，Tesla变压器采用的是不 闭合磁芯 ，是两个不 同半径的圆筒状磁芯，同轴安装在形成线 的内外筒 导体上 ，如图 1所示 。 假设 Tesla变压器初级线圈长度为 z。、次级线 Fig．1 Schematicdiagram ofTeslatransformer withopencircuitmagneticcore 圈长度为 Z，且 Z。一Z一z。，磁芯长度为 z ，外筒磁 图 1 带有不闭合磁芯的 Tesla变压器结构图 芯内半径为 口、厚度为 △ ，内筒磁芯外半径为 b、 厚度为 Arb，初级线圈匝数为 N 、电流为 I，通常取 内、外筒磁芯截面积相等 ，设其为 S。 * 收稿 日