江苏电器（２００１ Ｎｏ． ５）脉冲变压器铁心的研究金陵职业大学（２１０００６）陈燕 摘要文章探讨了高功率脉冲变压器铁心的结构参数及其材料选择原则，是优化变压器设计的必要的理论研究。关键词脉冲变压器铁心研究 Ｓｔ ｕｄｙ ｏｎ Ｐｕｌｓｅ ＇ＩＹａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｉｒｏｎ ＣｏｒｅＣｈｅｎ ＴａｎＪｉ ｎｌｉｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＵｎｉｖｅｒｓｉｙｔＡｂｓｔ ｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅ ｔｈａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｒｏｎ－ｃｏｒｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｉｔｉｓ ａ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｕｌｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ； ｉｒｏｎ－ｃｏｒｅ； ｓｔｕｄｙ１问题的提出ＬｎｉＭ、Ｌ２２ 脉冲变压器是脉冲功率装置中的重要部件之一。由于铁心材料的不断改进和更新，使得脉冲变压器等磁心装置的小型化成为可能，为脉冲功率技术更广泛的应用和推广开辟了新途径。铁心的结构参数直接影响脉冲变压器的整体性能，研究脉冲变压器铁心，探讨铁心的材料选择及结构参数设计方法是十分必要的。脉冲变压器铁心选择和确定与其结构、材料、绝缘等级以及电路参数有关。它们互相间存在着内在联系：如要求电压传输效率高，就需要减小铁心尺寸，这样在功率一定的情况下会导致变压器温升过高，可靠性降低；另外，为了得到最小体积、最轻重量，希望铁心的磁感应增量和脉冲磁导率越大越好。然而磁感应增量越ＶｏＣ１ｉ｝，｛｛，‘’些：图１脉冲变压值等值电路 Ｃｉ一中贮电客Ｃ２ 一储能电容副边电感 Ｌｉ， Ｌ一变压器原Ｌｕ， Ｌｚ一原副边回路漏感 Ｍ，一回路互感 根据回路电压方程（Ｌｊ＋Ｌｒｊ） ｔｄ＇ ＋ ｝ ｊｉｄｔ＋Ｍ ｄｔｚ＝Ｖｏ（Ｌｚ＋Ｌｚｚ） ｉｄ１＋勃ｌｔ＋Ｍｄｈ＝口 导出输出电路Ｖ２达到最大值即储能电容充至电压峰值所需的时间与其结构参数的关系如下：ｒＣ２二汀１１－Ｋ２ｗｉｔ＋ｗ２２高，铁心的损耗越大。这些关系使铁心设计复杂化。本文以磁脉冲压缩器的输入变压器为例进行分析。２变压器的性能与电路参数．结构参数的关系 磁脉冲压缩器的输入变压器功率强、电压 式中助‘合系数Ｋ＝ ０Ｍ７＋－Ｌ（ （Ｌｚ＋Ｌｕ）／愿１（Ｌｉ＋Ｌｕ）Ｃｌ。＝２ｚ＝（瓜１Ｌ２＋Ｌ２） ＣＴ 显然，Ｋ值越大，。、和。２越大，电感及漏感值越小，输出电压上升时间越快，而这些参数的确定均与变压器结构有关。设铁心轴长度为１，内外半径分别为Ｒ， ， Ｒ２，原副边线圈距高、变比大、上升速度快、结构要求严格。其工作状态等值电路如图１所示。铁心的绝缘距离分别为８１， ８２，匝数分别为Ｎ，， Ｎ２，铁心的填充系数为ＫＴ。可推导得：厥冲受压器拼艺、的研｝，Ｌｌ＝ｕｏＮｉ２ＴＩ（ｕＸＴ－ Ｉ延・）Ｌ０ ｎＲ２， ＋＋２ＵＪＵｎ Ｔ，；Ｒ２Ｒ１＿ＳＩ）土生ｌＬ２＝ｕｏＮ２２Ｔ２ ７ｒＩ（ｕ，ＫＴ－１）Ｌｎ普＋２ （Ｓ２Ｌｎ鲁碧」Ｍ＝２，ｏＮａＮ，兰 ｀ ［Ｉ（ｕｒＫＴ－１）ＬｎＲ２Ｒｉ’￣“‘￣＋９ ，｝， Ｔ ．．， Ｒ２Ｒｔ－ａ２‘＋通匀式中ｕｏ， ｕ，分别为真空导磁率和相对导磁载可见，变压器结构参数凡、Ｒｚ ， ６１、６，和１的选择及铁心材料的确定，直接影响其电磁参数的大小，进而决定了输出电压上升时间的快慢。因此，在设计脉冲变压器铁心时，必须选择合适的铁心材料，采用合理的紧凑结构，提高藕合系数，从而达到较陡的输出电压上升沿。３铁心材料根据上述讨论，铁心的确定与铁心材料及 结构参数有关，而结构的确定要根据材料的选择变化，这样铁心材料的选择成为问题的关键。３． １增大Ｂｓ，可减小铁心体积。众所周知，经过复位的铁心可大大提高磁感应增量△Ｂ，使磁性材料充分利用，一般有△Ｂ＝ ２Ｂｓ。为了减小铁心体积，应采用△Ｂ较高，即饱和磁感应强度Ｂｓ高的磁性材料作铁心。３．２铁心损耗 铁心损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。涡流损耗与电阻率及饱和磁感应强度成反比，与带材厚度和磁路长度成正比；磁滞损耗取决于铁心材料的基本磁滞回线，矫顽力越小，磁滞损耗越小。一般认为涡流损耗为总能量损耗的５５％，铁心损耗可通过材料的选择来降低，采用高电阻率、低矫顽力、带材薄的铁心材料可降低铁心损耗。３．３铁心材料选择 对高功率脉冲变压器而言，欲使结构紧凑，损耗小，输出脉冲上升速率提高，应选择饱和磁感应强度Ｂｓ和电阻率Ｐ大，且带材厚度小的铁心材料。表１是几种铁心材料性能比较。江苏电器（２００１ Ｎｏ． ５）表１材料性能次Ｂｓ （Ｔ）Ｂｒ （Ｔ）Ｈｅ （Ａ／ｍ）Ｐ（ＵＱ －ｃｍ）方形比非晶合金１．６１．２－１．４３．２－４．０１２５－１３００．７５－０．９０铁氧体０．４０．３１．６１０６０．７５超薄硅钢１．８１．５３６５７／坡莫合金１．５１．３２０５４０．９０ 从上表可见，超薄硅钢的饱和磁感应强度为１．８，较高，但电阻率ｐ太低，涡流损耗大；坡莫合金的矫顽力Ｈｅ太高，磁滞损耗大；铁氧体的饱和磁感应强度Ｂｓ太低，影响藕合系数Ｋ的提高。而非晶合金具有较高的Ｂｓ，较低的Ｈｃ，叠片厚度较小，电阻率较大。与上述三种材料相比，是较为理想的铁心材料。４铁心结构铁心结构应根据铁心材料的特征来确定。 非晶合金材料宜采用多层卷结的同轴圆筒形铁心。采用带绕叠层式环形铁心，需考虑带间绝缘问题，叠层绕带越宽越厚、脉冲上升时间越小，层间绝缘电压越高。５结论５．１对于高功率短脉冲的变压器铁心设计，应选择饱和磁感应强度Ｂｓ高、电阻率Ｐ和导磁率大、矫顽力Ｈｅ小且带薄的材料做铁心。５．２非晶合金的饱和磁感应强度Ｂｓ高，矫顽力Ｈｅ较小，电阻率Ｐ较大，性能价格比较合理，适用于结构紧凑的高功率脉冲变压器铁心。５．３采用Ｂｓ高，Ｈｅ小的磁性材料，同时采用尺寸小绝缘强度高的材料作为铁心带间绝缘，可减小铁心体积，提高能量传输效率。参考文献 １．张冠生、陆险国． 电磁铁与自动电磁元件．机械工业出版社２．王瑞华等编． 电子变压器设计手册．科学出版社３． Ｓｍｉｔｈ， Ｃ．Ｈ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ．（收稿日期：２０００－１２－２３）
