一种磁路并联的Tesla变压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于脉冲功率领域，涉及一种磁路并联的Tesla变压器。
【背景技术】
[0002]Tesla变压器是一种常见的高电压产生装置，其电路由两个存在磁耦合的LC回路构成，初级电容上的能量经过两个LC回路耦合振荡，转移到次级负载电容，使其电压升高。在脉冲功率技术领域，常用Tesla变压器(如图1、图2所示)为脉冲形成线充电，此时Tesla变压器初级线圈(3)、次级线圈(4)嵌入同轴脉冲形成线内部，并且利用内磁芯(1)、外磁芯(2)共同组成的开路磁芯提高Tesla变压器的能量效率、缩短形成线电压达到最大值的时间，由于结构上具有旋转对称性，Tesla变压器的次级线圈电压分布与同轴线电压分布差别不大，因此这种Tesla变压器与脉冲形成线一体化装置具有相对较好的绝缘特性，输出电压可达几百千伏。如果需要进一步提升电压至兆伏级，一种方法是增大次级线圈匝数，另一种方法是提高初级电压，增大次级线圈匝数会导致次级线圈绝缘能力下降，提升初级电压必须提高初级回路放电开关的技术指标，这两种方法目前均存在技术限制，无法满足Tesla变压器长时间稳定运行。针对上述兆伏级Tesla变压器稳定可靠工作面临的困难，本发明提出了一种磁路并联的Tesla变压器技术方案，在不增大初级电压和次级线圈匝数的情况下，仅通过改变初级回路的拓扑结构，即可获得数倍于次级线圈匝数的升压比，同时次级电压的充电时间被大幅度缩短，有利于提高系统绝缘能力。在次级电压不变的情况下，也可利用该方案降低初级电压和减少次级线圈匝数，提高系统可靠性。
【发明内容】
[0003]为了突破现有技术的局限，本发明根据磁感应叠加原理，在Tesla变压器中利用磁路并联方法，将多个离散励磁电路产生的磁通作用于共同的次级线圈，从而获得数倍于次级线圈匝数的升压比并大幅度缩短次级电压建立时间。
[0004]本发明的技术方案是:设计一种磁路并联的Tesla变压器，从内到外依次设有内磁芯1、次级线圈4，初级线圈3、外磁芯2、电容5和开关6 ;内磁芯1、次级线圈4，初级线圈3和外磁芯2同轴；次级线圈4 一端与内磁芯I相连接，另一端与初级线圈3相连接；其特征在于，外磁芯2由若干相同的弧形外磁芯块组成，且外磁芯块与外磁芯块之间设有与内磁芯I轴线相平行的间隙；初级线圈3从若干间隙处引出，与电容5和电开关6构成放电回路。
[0005]本发明的进一步技术方案为:所述初级线圈3、电容5和开关6的连接方式为初级线圈3从若干间隙处均双线引出，且每个间隙引出的双线之间串联有电容5和开关6。
[0006]本发明的进一步技术方案为:所述初级线圈3、电容5和开关6的连接方式为初级线圈3从若干间隙处均双线引出，相邻两个间隙的一条引出线在串联电容5和开关6后包围每块外磁芯。
[0007]本发明的进一步技术方案为:各个电容5容量相同，且初始电压相同。
[0008]本发明的工作原理为:N组开关同步放电时，N路磁通均沿“外磁芯一间隙一内磁芯一间隙一外磁芯”的磁路闭合，作用于次级线圈的磁通由N路磁通叠加而成，如果次级线圈有M匝，则变比近似为MXN，从电路上讲，达到了提高Tesla变压器初级电压的等效结果。从根本上讲就是提高了 Tesla变压器的匝比或者升压比。
[0009]发明效果
[0010]本发明的技术效果在于:本发明提出的磁路并联的Tesla变压器把初级线圈及馈电单元在圆周方向分成了 N等份，达到了串联放电的结果，实质上获得较高的匝比和升压比。可以从两方面提高Tesla变压器的可靠性，第一，可以降低初级电压，减小了初级电容5和放电开关6的工作电压，从而提高其初级电路的可靠性；第二，可以减少次级线圈的匝数，较少的次级线圈匝数降低了次级电感，缩短了次级电压的建立时间，从而缩短了高电压的持续时间，使得次级线圈的绝缘也更加可靠。与以往的单匝初级线圈和单一馈电单元中直接串联的电路相比，提高了 Tesla变压器的可靠性和长时间稳定运行能力。
【附图说明】
[0011]图1为本发明Tesla变压器纵剖面图
[0012]图2为现有技术中Tesla变压器横截面；
[0013]图3为本实施例中采用串联连接方法的Tesla变压器第一截面图；
[0014]图4为本实施例中采用并联连接方法的Tesla变压器截面图；
[0015]图5为本实施例中采用串联连接方法的Tesla变压器第二截面图；
[0016]附图标记说明:1 一内磁芯，2 —外磁芯，3 —初级线圈，4 一次级线圈，5 —电容，6 —开关。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。
[0018]如附图1-2示，现有技术中的Tesla变压器，从内到外依次设有内磁芯1、次级线圈4，初级线圈3、外磁芯2、电容5和开关6 ;内磁芯1、次级线圈4，初级线圈3和外磁芯2同轴；次级线圈4 一端与内磁芯I相连接，另一端与初级线圈3相连接，初级线圈3双线引出，串联电容5和放电开关6。
[0019]如附图3— 5所示，本发明是在依据图1的现有技术上进行了改进。磁路并联的Tesla变压器由内磁芯1、外磁芯2、初级线圈3、次级线圈4、初级电容5、放电开关6和作为负载的次级电容(即内外磁芯导体构成的电容)组成。内磁芯为空心圆柱体，N(多2，附图中以N = 4为例)个外磁芯互相独立，全部外磁芯排列成一个完整的圆筒，长度与内磁芯大致相等，内外磁芯同轴。锥形次级线圈位于内外磁芯之间，两端线头分别与磁芯导体就近连接，长度为外磁芯长度的50%?80%。初级线圈有两种结构，第一种是一个大的单匝线圈在在圆周方向上被分成N份，将N组电容及开关串联在一起，整体为串联结构；第二种(见图4)初级线圈从各个间隙处引出后，相邻两个间隙的一条引出线在串联电容(5)和开关
(6)后包围每块外磁芯，使得成为了有N个独立线圈，各自包围一个外磁芯，与对应的电容器及开关构成放电回路，整体上为并联结构。为尽量提高能量效率，此类Tesla变压器初级N个单元应保证结构一致性和电路元件参数一致性，全部初级电容器上的初始电压相同，全部开关同步放电，从而达到同步、等幅、均匀励磁的效果。
[0020]N = 2的磁路并联型Tesla(附图5)变压器主要参数:有两个完全相同的馈电单元，即一组电容与一个开关组成一个馈电单元；电容采用金属化膜电容器并联而成，总容量为5mF，放电开关米用快速晶闸管。两个外磁芯所在圆筒内表面直径0.9m，长度2m，内磁芯圆筒外表面直径0.4m，长度2m。初级线圈长度1.5m，由两部分组成，通过两个对称的引出结构馈电。次级线圈为锥形，长度为1.5m，匝数为1400匝。初级电容充电700V，放电时，两组电容串联，等效电容2.5mF、等效励磁电压1400V，次级电压约2MV，次级电压建立时间约为45 μ So相比传统方式的Tesla变压器，即N = I的Tesla变压器，在初级电容容量5mF、充电700V的相同条件下，次级线圈匝数减少了一半，充电时间也减少了一半。
【主权项】
1.一种磁路并联的Tesla变压器，从内到外依次设有内磁芯(1)、次级线圈(4)，初级线圈⑶、外磁芯(2)、电容(5)和开关(6);内磁芯(1)、次级线圈(4)，初级线圈(3)和外磁芯(2)同轴；次级线圈⑷一端与内磁芯⑴相连接，另一端与初级线圈⑶相连接；其特征在于，外磁芯(2)由若干相同的弧形外磁芯块组成，且外磁芯块与外磁芯块之间设有与内磁芯⑴轴线相平行的间隙；初级线圈(3)从若干间隙处引出，与电容(5)和开关(6)构成放电回路。
2.如权利要求1所述的一种磁路并联的Tesla变压器，其特征在于，所述初级线圈(3)、电容(5)和开关(6)的连接方式为初级线圈(3)从若干间隙处均双线引出，且每个间隙引出的双线之间串联有电容(5)和开关(6)。
3.如权利要求1所述的一种磁路并联的Tesla变压器，其特征在于，所述初级线圈(3)、电容(5)和开关(6)的连接方式为初级线圈(3)从若干间隙处均双线引出，相邻两个间隙的一条引出线在串联电容(5)和开关(6)后包围每块外磁芯。
4.如权利要求1或2或3所述的一种磁路并联的Tesla变压器，其特征在于，各个电容(5)容量相同，且初始电压相同。
【专利摘要】本发明设计一种磁路并联的Tesla变压器，包括内磁芯(1)、次级线圈(4)，初级线圈(3)、外磁芯(2)、电容(5)和开关(6)。外磁芯(2)有若干外磁芯(2)块组成且之间留有间隙，初级线圈(3)双线引出，连接电容(5)和开关(6)构成放电回路，通过两种不同的方式使得整体分别形成串联和并联回路，提高了Tesla变压器的可靠性和长时间稳定运行能力。
【IPC分类】H02M5-12, H01F27-24
【公开号】CN104767389
【申请号】CN201510174927
【发明人】张喜波, 王利民, 王俊杰, 王刚, 刘胜, 孙旭, 李鹏辉, 潘亚峰
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月14日