[發明專利]帶緩沖層的Tesla變壓器磁芯及變壓器和該磁芯制備方法

有效

• 申請號: 201710178744.6
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107025985B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 夏文鋒;喬漢青;樊亞軍;石磊;朱郁豐;易超龍;盧彥雷;關錦清;石一平;張興家
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H01F27/245
• 分類號: H01F27/245;H01F27/30;H01F41/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明屬于脈沖功率技術領域，公開了一種帶有緩沖層的Tesla變壓器磁芯及具有該磁芯的變壓器及磁芯制備方法，包括外磁芯、與外磁芯同軸嵌套的內磁芯，還包括緩沖磁芯層，緩沖磁芯層為薄壁磁芯，其外壁緊貼外磁芯內表面，緩沖磁芯層中間段的外壁周向設有凹槽，凹槽用于放置變壓器的初級線圈，凹槽的軸向長度大于變壓器初級線圈的寬度，凹槽的深度大于變壓器初級線圈的厚度。該帶有緩沖層的Tesla變壓器磁芯，在變壓器內部解決了初級放電緩沖問題，且對初級并聯放電回路各支路的放電緩沖效果完全一致，從而能夠提高初級放電脈沖晶閘管工作可靠性，同時能防止變壓器內部高電場耦合進初級回路。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，涉及一種帶有緩沖層的Tesla變壓器磁芯及具有該磁芯的變壓器和該磁芯的制備方法。

背景技術

Tesla變壓器型脈沖功率源具有結構緊湊、高功率、可重復頻率運行、穩定可靠等優點，是目前國際上廣泛應用的高功率重復頻率脈沖功率源。Tesla變壓器在結構上的主要特點是其與脈沖形成線結合在一起，形成線外導體、外磁芯、初級線圈、次級線圈、內磁芯、形成線內導體依次同軸嵌套安裝。這種結構一方面實現了脈沖源的緊湊化，另一方面極大地減小了次級雜散電容，從而使變壓器能達到很高變比(可達幾百到幾千)。由于高變比特性，Tesla變壓器初級電壓可以做到千伏以下，從而可以采用單級脈沖晶閘管作為初級放電開關。

但是，Tesla變壓器的高變比特性也導致其初級放電電流不僅幅值高(十千安培到百千安培)，而且電流上升率特別高(幾kA/us)，給脈沖晶閘管的性能提出了很大挑戰。尤其是一般脈沖晶閘管很難滿足Tesla變壓器對高電流上升率的要求。為提高初級放電回路，特別是脈沖晶閘管的可靠性，通常情況采取以下技術手段：

一是增大初級回路外部引線的雜散電感，以降低初級電流上升率，提高晶閘管可靠性。但增大雜散電感會導致Tesla變壓器耦合特性的劣化。

二是在初級放電回路引入緩沖磁環。這種磁環能夠在初級放電開始后的短時間內起到抑制電流上升的作用，期間晶閘管導通面積逐漸擴散。待晶閘管已經能夠耐受較高電流上升率時，緩沖磁環飽和，初級放電電流迅速上升。這種方法存在的問題是：(1)為滿足緩沖時間的要求，緩沖磁環需具有較大的體積和重量，不利于系統的小型化；(2)高功率Tesla變壓器初級放電回路需要采用多路并聯，每路均需要單獨配備緩沖磁環；多個緩沖磁環不僅給系統增加了額外的復雜度，而且它們的性能差異不可避免。如果緩沖磁環特性差異較大，不僅不能起到放電緩沖作用，而且還有可能使得個別晶閘管電流上升率更高。

發明內容

為了克服現有技術中因提高晶閘管的可靠性而帶來的Tesla變壓器耦合特性劣化、體積大、結構復雜等問題，本發明提供一種帶緩沖層的Tesla變壓器磁芯及具有該磁芯的小型化且結構簡單的變壓器并提供該磁芯的制備方法，能夠提高初級放電脈沖晶閘管工作可靠性，同時能防止變壓器內部高電場耦合進初級回路。

本發明的技術解決方案是提供一種帶緩沖層的Tesla變壓器磁芯，包括外磁芯1、與外磁芯1同軸嵌套的內磁芯3，其特殊之處在于：還包括緩沖磁芯層2，上述緩沖磁芯層2為薄壁磁芯(緩沖磁芯層厚度取決于外磁芯內徑、緩沖時間等因素，通常為百微米到毫米級。緩沖磁芯層的“薄”是相對于內外磁芯而言的，其厚度一般遠小于內外磁芯)，其外壁緊貼外磁芯1內表面，沿緩沖磁芯層2中間段的外壁周向設有凹槽6，上述凹槽6用于放置變壓器的初級線圈4，上述凹槽6的軸向長度大于變壓器初級線圈4的寬度，上述凹槽6的深度大于變壓器初級線圈4的厚度。

優選地，上述外磁芯1和內磁芯3均為軸向截面積相等且軸向長度相等的環形筒狀結構，上述緩沖磁芯層為薄壁筒狀磁芯，上述凹槽6為環形凹槽。

優選地，上述凹槽6的軸向長度比初級線圈4的寬度≥1mm，上述凹槽的深度比初級線圈4的厚度≥0.5mm。

優選地，上述外磁芯1、緩沖磁芯層2及內磁芯3的材料均為冷軋硅鋼薄片。