一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法与流程

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法。

背景技术：

Tesla变压器是脉冲功率技术中常用的一种脉冲升压装置，Tesla变压器通常是一种同轴结构的双谐振脉冲变压器，它保持了普通脉冲变压器重频运行能力强和能量转换效率高等优点，同时同轴结构使得次级线圈上的电压分布与同轴线中的电势分布非常接近，极大地降低了高压次级线圈对地的分布电容。此外，Tesla变压器可以不依赖磁芯工作，其升压变比可不受磁芯非线性效应的影响。因此，Tesla变压器在一定程度上避免了常规脉冲变压器的缺陷，从而得到广泛应用。

Tesla变压器的次级工作电压通常在100kV到MV量级，为了减小体积，一般具有密封结构，内部充变压器油或高压气体以提高绝缘能力。Tesla变压器的次级线圈一端连接于金属外壳，而另一端(高压端)则连接于内部金属筒，这使得系统装配完成后无法直接测量次级线圈的通断状态。而由于Tesla变压器为实现高变比的特性，次级线圈通常由较细的漆包线绕制，且处于高压电场中，在工作时特别是在重复频率状态下易因击穿等原因而断开。断开的次级线圈在初级电流的激励下仍然会产生高压并将断开处击穿导通，且电容次级充电电压波形无明显变化，无法直观判断次级线圈通断。但断开处的击穿会使得变压器内的变压器油等绝缘介质受到污染而降低绝缘能力，容易引起进一步的击穿现象，使得故障扩大化，输出脉冲电压降低或烧毁电控系统等。因而，在不拆装设备的情况下测量Tesla变压器次级线圈通断状态有现实的应用需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法，能够在不拆装设备的情况下方便地测量Tesla变压器次级线圈的通断状态。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法，包括以下步骤：

第一步，在Tesla变压器次级线圈低压端装配位置通过密封、绝缘结构将次级线圈低压端引出；

第二步，正常工作时，将Tesla变压器次级线圈低压端通过短路接头与Tesla变压器外壳连接；

第三步，测量Tesla变压器次级线圈通断时，从外部取下次级线圈短路接头，此时次级回路等效电为串联的电阻R、电感L和次级电容C，测量通断时次级回路在不同频率下其阻抗曲线；在Tesla变压器次级线圈低压端和Tesla变压器外壳间施加不同频率的正弦信号，则该信号负载为次级线圈和次级电容C的串联电路；对于正常的Tesla变压器次级线圈，Tesla变压器次级回路在谐振频率f_r附近呈现低阻状态，对其它频率则呈高阻状态；而对断掉的Tesla变压器次级线圈，则在整个测量过程中呈现高阻状态，通过不同频率下低阻状态呈现与否判断线圈通断；

对于已知次级回路谐振频率的Tesla变压器，直接施加谐振频率信号，如次级回路呈现低阻抗状态，即低于kΩ量级，则判定次级线圈未断开，如次级回路呈现高阻抗状态，即高于MΩ量级，即判断线圈已断开。

所述的正弦信号信号源频率从1kHz到1MHz覆盖Tesla变压器次级回路谐振频率。

所述正弦信号信号源包括扫频信号源和频率为次级回路谐振频率的单频信号源。

所述的正弦信号信号源包括阻抗测量仪。

所述的一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法适用于单筒和双筒Tesla变压器。

本发明的有益效果为：

通过密封、屏蔽接头将次级线圈低压端从Tesla变压器内部引出，正常工作时通过短路接头将其与变压器外壳短接，不影响Tesla变压器工作状态。测量次级线圈通断时断开次级线圈与变压器外壳，并在次级线圈低压端和外壳间施加不同频率正弦信号观察是否出现低阻状态；或直接施加次级回路谐振频率信号，通过次级回路的阻抗高低即可判断线圈通断。本发明实施方法简单，对测量Tesla变压器次级线圈的通断具有实用意义。

附图说明

图1为测量次级线圈通断时等效电路图。

图2为测量通断时次级回路不同频率下阻抗曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法，包括以下步骤：

第一步，在Tesla变压器次级线圈低压端装配位置通过密封、绝缘结构将次级线圈低压端引出；

第二步，正常工作时，将Tesla变压器次级线圈低压端通过短路接头与Tesla变压器外壳连接，由于连接处的电感L和电阻R与次级线圈相比均差几个数量级，所以工作时连接处的阻抗对Tesla变压器工作状态的影响忽略；

第三步，测量Tesla变压器次级线圈通断时，从外部取下次级线圈短路接头，此时次级回路等效电为串联的电阻R、电感L和次级电容C，如图1所示，测量通断时次级回路在不同频率下其阻抗曲线，如图2所示；在Tesla变压器次级线圈低压端和Tesla变压器外壳间施加不同频率的正弦信号，则该信号负载为次级线圈和次级电容C的串联电路，由于Tesla变压器具有高变比且在测量过程中Tesla变压器初级回路开关呈高阻状态，所以Tesla变压器初级电路对信号源负载的影响忽略；对于正常的Tesla变压器次级线圈，Tesla变压器次级回路在谐振频率f_r附近呈现低阻状态，对其它频率则呈高阻状态；而对断掉的Tesla变压器次级线圈，则在整个测量过程中呈现高阻状态，通过不同频率下低阻状态呈现与否判断线圈通断；Tesla变压器充电时间从μs量级到百μs量级，正弦信号信号源频率从1kHz到1MHz覆盖Tesla变压器次级回路谐振频率；

对于已知次级回路谐振频率的Tesla变压器，直接施加谐振频率信号，如次级回路呈现低阻抗状态，即低于kΩ量级，则判定次级线圈未断开，如次级回路呈现高阻抗状态，即高于MΩ量级，即判断线圈已断开。

所述正弦信号信号源包括扫频信号源和频率为次级回路谐振频率的单频信号源。

所述的正弦信号信号源包括阻抗测量仪。

所述的一种Tesla变压器次级线圈通断测量方法适用于单筒和双筒Tesla变压器。