絕緣芯變壓器型高壓電源技術(shù)研究.pdf

1、電子輻照加工產(chǎn)業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅猛，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。在電線電纜、熱縮套管、發(fā)泡材料、特種塑料等生產(chǎn)，表面處理、半導(dǎo)體離子注入、橡膠交聯(lián)、水果保鮮、醫(yī)療器械消毒、工業(yè)“三廢”的處理等方面，高壓型電子加速器顯示出了它優(yōu)越的性能。特別是低能型加速器市場(chǎng)需求量越來(lái)越巨大而其發(fā)展卻較為緩慢，迫切需要研制性能優(yōu)良的高壓電源滿(mǎn)足低能電子加速器的市場(chǎng)需求。
　　高壓型加速器主要由加速器系統(tǒng)和高壓電源組成，而高壓電源是其最為重要的

2、子系統(tǒng)。絕緣芯變壓器型高壓電源常應(yīng)用在加速電壓為0.3～3MV場(chǎng)合。在低能區(qū)，絕緣芯變壓器型高壓電源以其功率大、效率高、工作穩(wěn)定可靠而具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。利用最新技術(shù)和設(shè)計(jì)方法研制出高品質(zhì)的絕緣芯變壓器型高壓電源對(duì)輻照加工業(yè)有著巨大的價(jià)值。
　　絕緣芯變壓器分段磁芯結(jié)構(gòu)帶來(lái)了絕緣方面的便利，同時(shí)也使得勵(lì)磁電流增加、漏磁增加，變壓器功率傳輸能力下降，振動(dòng)、噪聲加劇。漏磁會(huì)導(dǎo)致各層整流單元輸出電壓不一致，電源負(fù)載調(diào)整率差等問(wèn)題。

3、>　　本文結(jié)合一臺(tái)350kV/50mA絕緣芯變壓器型高壓電源的設(shè)計(jì)研發(fā)，對(duì)該類(lèi)高壓電源的理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?？偨Y(jié)歸納其設(shè)計(jì)流程，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，完成了其物理設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)以及樣機(jī)研制。
　　提出了優(yōu)化絕緣氣隙厚度、單層整流底盤(pán)電壓以及底盤(pán)層數(shù)的方法。可以綜合考慮絕緣材料絕緣強(qiáng)度與厚度的關(guān)系、磁芯表面平整度以及整流器件等的具體情況，充分利用材料的絕緣性能，降低氣隙的總厚度，提高電源的效率?？偨Y(jié)了底盤(pán)層高的限制因素。

4、
　　建立了絕緣芯變壓器簡(jiǎn)化漏磁磁路模型和電源的簡(jiǎn)化等效電路模型，推導(dǎo)了磁芯半徑、工作磁通密度與簡(jiǎn)化等效電路參數(shù)的關(guān)系，進(jìn)一步求得了損耗功率與磁路參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，并據(jù)此優(yōu)化選擇磁芯半徑及工作磁通密度。通過(guò)有限元方法計(jì)算絕緣芯變壓器磁場(chǎng)求得各線圈互感矩陣并以此為基礎(chǔ)建立了高壓電源的電路仿真模型，可以更為精確的模擬電源的工作參數(shù)。對(duì)橫向漏磁引起的初級(jí)線圈渦流問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，計(jì)算了空載和滿(mǎn)載下不同導(dǎo)線尺寸的渦流損耗，并據(jù)此優(yōu)化初級(jí)

5、線圈設(shè)計(jì)。
　　對(duì)現(xiàn)有各種補(bǔ)償方法進(jìn)行了系統(tǒng)整理、總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了匝數(shù)、電容組合的補(bǔ)償方法及改進(jìn)的匝數(shù)補(bǔ)償方法。改進(jìn)匝數(shù)補(bǔ)償方法通過(guò)迭代算法優(yōu)化次級(jí)線圈匝數(shù)，相比于傳統(tǒng)匝數(shù)補(bǔ)償方法，底盤(pán)電壓平均不均勻度可以減小一半以上。本文提出的匝數(shù)、電容組合的補(bǔ)償方法可以非常好的解決絕緣芯變壓器漏磁導(dǎo)致的各層整流底盤(pán)輸出電壓不一致的問(wèn)題，使得底盤(pán)電壓一致性從電源空載到滿(mǎn)載變化都保持較高水平，大幅提高了整流器件的利用率、電場(chǎng)分布均勻性以及及

6、總的輸出電壓，降低了電源的體積。
　　完成了高壓電源控制環(huán)路建模，對(duì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立了控制仿真模型，模擬了補(bǔ)償后電源穩(wěn)壓輸出、動(dòng)態(tài)改變電壓時(shí)的工作情況。模擬結(jié)果顯示閉環(huán)控制大大改善了電源的性能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　最后，開(kāi)展了底盤(pán)電源補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)、電源閉環(huán)性能測(cè)試以及空載高壓實(shí)驗(yàn)。完成補(bǔ)償后，底盤(pán)電壓最大相對(duì)差控制在3.5％以?xún)?nèi)，并且驗(yàn)證了電路仿真模型結(jié)果與實(shí)際電源誤差在2.5%以?xún)?nèi)。低壓下線性升壓、突然開(kāi)路等實(shí)驗(yàn)顯示