4-53  脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

李名加  康  强  常安碧

为实现高压、大电流脉冲变压器在高重复频率电压作用下稳定运行，变压器的绝缘选择与布置是其设计时重点考虑的问题之一。在短脉宽、高幅值的电压作用下，变压器绕组本身形成了一个不均匀场，如果绕组绝缘结构设计不当，就很容易在绕组的局部产生畸变的强电场，导致变压器绕组击穿，对脉冲功率发生装置的研制工作造成了极大的危害。这种现象在高频下更为明显。因此，研究高功率脉冲变压器绕组的电压分布，采用适当的措施实施有效方法进行绕组结构优化设计，改善高功率脉冲变压器绕组的电压分布，将会在很大程度上提高高功率脉冲变压器重复工作的能力，对保证高功率脉冲发生器可靠、安全运行具有重要的理论与工程意义。

采用数值计算方法，根据实际脉冲变压器锥形绕组的结构，建立相应匝间电容电感有限元计算模型及等效电网络分析数学模型，计算在脉冲电压激励下锥形绕组匝间的电压分布。其基本思想是：将变压器的每匝线圈作为一个计算单元，每个单元用一个自感L，一个纵向电容C_s，一个对地电容C_g和相邻线圈间的电容C_w表示，单元之间的磁耦合用互感表示，此外用串联电阻R和并联电导G来表示损耗，即以单个线圈为基础，构成传统网络，在各个线圈的等值网络中加入各线圈的互感、电容和电阻，从而组成多线圈等值网络。

根据计算结果，得到以下初步结论：高压端的振荡频率明显高于低压侧；电压分布不均匀，绕组高压端承受了大部分的压降；最大场强出现在刚刚上升到平顶时，此时最大平均场强约为线圈匝间平均场强的4.5倍，位置在离高压端20%~25%处。

根据初步结论，对比实际带锥形高压绕组的变压器运行情况，发生绕组匝间击穿的位置与实际情况相符，因而，认为计算思路方法正确，可以用有限元及电网络理论相结合的方法来计算变压器锥形线圈的电压分布特性，但是存在的问题就是，此方法计算量较大，光是计算n匝线圈的电容就要进行n(n-1)/2次运行。此外，模型的精确度有待进一步改进。这些将是下一步的工作目标。