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前言：

高壓脈沖變壓器廣泛應用在雷達、高能物理、環保除塵、直線電子加速器等技術領域內，由于電壓越來越高（一般從幾十千伏到幾百千伏），對波形的要求也越來越嚴，工程實施起來也就越來越難。成功研制高壓脈沖變壓器，設計計算保證是一方面，結構設計、工藝設計及加工過程中的工藝處理也至關重要。對高壓脈沖變壓器來說，細微處的尖角或毛刺就可以使變壓器工作中擊穿，損壞導致無法正常工作。下面就分別從結構和工藝方面分別介紹其在實施過程中需要考慮和注意到的問題。

一、結構設計

（一）繞組結構脈沖變壓器的設計準則是要保證對負載具有最大的能量傳輸系數和最小的脈沖波形失真，因此需通過合理設計獲得合適的漏感與分布電容參數。繞組的形式在很大程度上決定了脈沖變壓器的分布參數（漏感和分布電容），常用的繞組結構有三種：圓柱形繞組、圓盤形繞組、環形繞組，具體選擇哪一種結構，需要綜合進行考慮。設計脈沖變壓器的工程師都知道，漏感是脈沖變壓器的重要參數之一，漏感的大小直接影響著輸出脈沖波形的前沿特性。要減小漏感，除了減小初級匝數和絕緣距離外，增加初次級繞組交替繞制組數M也是比較有效的方法之一，但對于上百千伏的高壓脈沖變壓器而言，初次級繞組交替繞制對耐壓絕緣處理很難實現，增加了變壓器耐壓擊穿的風險。普通脈沖變壓器繞組的層間絕緣厚度是不變的，一般來說，初級繞組繞制一層，次級繞組繞制一層或幾層，而初次級間的絕緣距離由加在它們之間的最高電壓決定。為滿足脈沖高壓電源對脈沖變壓器低漏感及較高耐壓的要求，需要對繞組進行了合理配置，我們一般采用圓柱形繞組，次級繞組采用不對稱高壓線圈結構，即次級線圈匝數平均分布繞制在磁芯的兩個磁柱上，根據輸出電壓隨次級匝數同比例增加的原理，第一個一半匝數的線圈（簡稱低壓包）的絕緣距離Δ1可以設計高壓包Δ2的一半，節省了磁芯窗口寬度尺寸及磁芯的成本，在保證絕緣耐壓強度地同時也減小脈沖變壓器漏感，不僅改善了輸出波形，還提高了波形傳輸效率。不對稱線圈結構如圖1所示。另一種繞組結構形式是錐形繞組，錐形繞組是一種新穎結構，一般用在輸出脈沖電壓25OkV以上的場合。它利用脈沖變壓器繞組間等電位梯度下降的特點，將主絕緣結構也按等梯度分配，這樣可以在鐵芯截面不變的情況下鐵芯的磁路長度減小，鐵芯體積也相應減少。并能減少繞組的平均匝長，與矩形窗口的繞組相比：漏感減小約1/2，分布電容增加不大，由于變比高，總電容(包括負載電容)只增加3.5%，而與前沿時間成正比的減小約23%。因此，采用錐形繞組結構設計可以得到體積小、重量輕輸出脈沖波形良好的脈沖變壓器。錐形繞組結構示意圖詳見圖2。

（二）絕緣結構設計1.初級引出高壓脈沖變壓器一般次級輸出脈沖電壓在百千伏以上，變壓器結構設計成上下壓板用四根螺桿壓緊，下壓板預留安裝孔固定。次級骨架需完全與初級繞組架空，骨架架空定位在上下壓板的限位槽內，以保證與初級線圈的絕緣距離，從而提高變壓器的絕緣可靠性。高壓脈沖變壓器初級電流很大，峰值電流一般有幾千安培，引出必須采用厚銅排連接，為增大其與次級高壓繞組距離，盡可能的分開引出，我們采用直插式銅排穿過上壓板直接引出，在上壓板上準確開細長形出線槽，既增大了初級引出與次級引出之間的距離，又便于脈沖電源裝配時連線。2.絕緣材料脈沖變壓器次級輸出電壓很高,再考慮設計余量及打火等異常狀態，一般脈沖變壓器的次級對初級及地的絕緣耐壓按輸出電壓要求值的1.2~1.4倍設計，初次級線圈采用架空結構，主絕緣材料選用45#變壓器油，初級與次級繞組間最高電壓差處架空絕緣距離約5kV/mm。常規高壓脈沖變壓器次級骨架材料一般都采用3240環氧板拼接組合而成。骨架表面平整，線圈繞制時，匝間導線緊密相連，繞線工藝難度較高。我們選用EPGC201系列環氧板作為次級骨架材料，較常規3240環氧板，EPGC環氧板更致密，不易分層，在高壓電場情況下絕緣性能更可靠。由于變壓器輸出電壓高，導致變壓器變比也大，即次級繞組的匝數也多，我們將次級骨架按匝數進行開槽，將次級每一匝都固定限位好，保證匝間的距離，最大程度地減小因生產操作造成的匝間耐壓問題。為避免骨架和安裝結構件尖角或毛刺可能引起的變壓器擊穿問題，我們要求所有的結構件邊角處倒R處理,防止高壓尖端放電和在繞線生產過程中對導線絕緣層的刮傷等。3.鐵芯多點接地為了脈沖變壓器在高壓工作時更可靠，避免高壓工作時鐵芯懸浮帶電，一般將鐵芯進行單獨接地處理，我們將鐵芯多點接地后分別引出至安裝的四根金屬拉桿并用接地線連在一起，以保證所有金屬件在同一個地上。

二、工藝設計

高壓脈沖變壓器大部分使用變壓器油做主絕緣材料，理論上變壓器油的耐壓強度很高，可達55kV/2.5mm(一個標準油距)，但實際工程應用中，變壓器油的耐壓主要取決于其絕緣處理工藝和真空灌油工藝，下面分別介紹一下。

（一）變壓器油絕緣處理工藝變壓器油有25#和45#兩種，其主要區別是低溫凝點不一樣，我們一般采用45#變壓器油。變壓器油處理應在每次使用前進行，隨用隨處理，處理的油擊穿電壓不小于50kV/2.5mm標準放電，檢驗合格后才能對高壓脈沖變壓器進行真空灌油。變壓器油絕緣處理時需要注意的事項主要有：1.工作間應當清潔、干燥、無塵，通風良好。2.盛放變壓器油的容器和處理油的設備（如壓濾機、真空鍋等）應當是清潔的、干燥的、密閉的。3.應注意防止將水滴，棉紗纖維或其他臟污雜質掉入變壓器油中，不可對著變壓器油講話，以防唾沫濺入。4.變壓器油在真空鍋中真空干燥，加壓加溫，溫度85±5℃，一般保持時間為12小時，保持時間的長短根據油樣的擊穿電壓試驗是否合格來確定。

（二）真空灌油工藝為保證生產出來的高壓脈沖變壓器達到設計要求的耐壓強度，灌注變壓器油需在真空環境下。進行一般不允許非真空灌油，因不抽真空就灌油線圈中的氣泡不可能排除干凈，這樣將大大降低變壓器的絕緣性能。1.干燥：清洗干凈的變壓器在110±5℃的鼓風恒溫烘箱中干燥4～8小時（視元件的大小、重量而定）。2.絕緣電阻測試：不拿出烘箱，用1000伏兆歐表測量任一變壓器的繞組間和繞組對外殼間的絕緣電阻應不小于100兆歐（注意溫度應為110±5℃）。如絕緣電阻低于100兆歐，則應繼續干燥到超過此值為止。3.真空灌油：真空干燥溫度100～105℃，乘余壓力<5毫米水銀柱，時間6～10小時。抽氣放入合格的變壓器油，油面應蓋過變壓器約40毫米左右。

三、結束語

成功制作出一臺高壓脈沖變壓器，不僅僅需要周密詳細的理論設計保證其耐壓強度，更需要在結構和工藝上進行詳細策劃，只有將制作過程中的工藝操作細節問題處理好了，耐壓絕緣性能才能得以保證。因此，工藝問題至關重要，是每一個工程師都必須重視的。

作者：鄒祖嬌 單位：合肥華耀電子工業有限公司