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螺旋线型特斯拉自动化设备厂家的变压器谐振充电特性研讨

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螺旋线型特斯拉自动化设备厂家的变压器谐振充电特性研讨

发布日期:2017-12-26 作者: 点击:

11月832标志码:A学科分类号:470.40螺旋线型特斯拉变压器谐振充电特性研讨李黎,刘云龙,俞斌,葛亚峰,谢龙君,林福昌(强电磁工程与新技能国家重点。

中:C1、心、C2、别离为初、次级电容与电感;M为互感;成、褚、Lk1、Lk2别离为初、次级回路电阻与杂散电感。当C1充电到后,开关S闭合,C1在初级回路内放电,进而在C2上耦合充电获得式(6)、(7)组成二元二次方程组,其特征方程为4阶微分方程,设其特征根为m,ot1,2,3,4,则从微分方程与特征根之间的联系可知,该方程组的通解为特斯拉变压器谐振充电模型比较于铁心式变压器,空心特斯拉变压器耦合系数比较低,激磁电感较小,因而不能将激磁支路视为开路,而应该依照双回路方程求解剖析。由基尔霍夫定律可得考虑到实践运用中的次级电路参数相对不易改动以调谐,而初级电路参数一般可调,因而假定p= 02为整个变压器的谐振频率,=022/021为失谐系数,用以描绘变压器的谐振程度。令xm =>p,将式(8)、(9)代入方程(6)、(7),并将两方程左右对应相乘,收拾后可得=①时,特征方程变成2阶,可求得式(10)的解为由式(11)可求得特征方程的根,为便利表明,令,/2(0)=0,可对式(8)、(9)中的系数进行求解,然后可得初级电流和次级电压的表达式:则由keff、nef(Ll+Lkl)与Rl及参数V共同决定,V代表了回路谐振程度对(U2)max及X的影响。

前期的特斯拉变压器谐振电路的开关S常常运用火花空隙。跟着电力半导体技能的开展,特斯拉变压器低压侧已经能够运用晶闸管等可控半导体器材取代火花空隙构成紧凑结构。因为螺旋线特斯拉变压器能够完成高变比,在(U2)max相同的状况下,U.不会太高。这时,对半导体开关器材的约束条件将首要为通态电流峰值及其最大改变率。

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由式(11)、(13),最初、次级振动频率相同,即=,a=1时,初级电流表达式可改与为最大值时获得,此时电流峰值(/1)max为实践中电阻成、尺2不可能等于0,电阻的存在可认为是在电压波形上叠加了衰减相,即有从式(20)可求出初级电流的理论最大改变率为其间,阻尼时刻常数T可写成:因为i2Li,故式(17)可化简为由式(16)可得特斯拉变压器峰值输出变比为=neffVeTmax:Smax为的最大值;‘max为对应的时刻。

由式(16)可知,特斯拉变压器次级电压U2为双频率余弦波叠加而成。的研讨结果表明,U2抵达峰值(U2)max的时刻首要遭到keff的影响。

>0.8时,(U2)max将在第一峰值处获得,keff挨近0.6时,(U2)max将在第二峰值处获得。空心特斯拉变压器有用耦合系数要大于0.8是很困难的,―般在第二峰值处获得。输出变比X正比,与(L1+Lk1)成反比;最大改变率与(L1+Lk1)成反比,两者均受有用耦合系数的影响。kef、11、Lk1与特斯拉变压器的实践结构和制造工艺有关。关于制形成形的变压器,这3个参数根本断定。此时,不同初级电压U下的电流最大值和最大改变率可写成:这样,等效系数广7就可经过低电压下的,由两个同轴空心尼龙筒组成。初级绕组选用0.2mm厚的单匝紫铜皮,由粘结剂直接固定在外筒外外表,开口约15mm,以便接入初级回路。次级绕组选用外径为0.22mm的聚酯漆包线QZ-2/130,密绕在圆筒形骨架上,为避免漆包线散落和层叠,绕制时漆包线由绝缘粘结剂固定。初、次级绕组制造完成后,将表里尼龙筒同轴固定,两绕组共地衔接,次级绕组高压端由高压线从圆筒轴线方位笔直引出。初、次级绕组之间的绝缘首要由空气和厚度为10mm的外筒壁承当。完成后的特斯拉变压器全重1.9kg.首要的结构尺度参数如表1所示,其间/为绕组的笔直高度,r!、f2、M、褚别离为初、次级绕组的半径与匝数。

表1特斯拉变压器结构参数Tab.结构参数数值2.2.实验顶用1000:1的电阻分压器监测Q两头的电压,用泰克P6015A高压探头和泰克TDS2024B示波器丈量C2两头的电压,用带10倍衰减头的Pearsonmodel110型电流传感器丈量初级电流能够看出,空心特斯拉变压器次级电压的最大值在第二峰值处获得。中,当=0.7kV时,(/1)max已超越3.0kA,均匀电流改变率(d/1/df)mean约为0.6kA/呷,与铁心式变压器比较,(Z1)max及d/1/df非常大,这是特斯拉变压器输出特性的显著特色。

不同初级电压下的初级电流波形对比为10、7.5pF两种状况,当充电电压化趋势如所示。Q相同,C2增大时,2近似成线性下降;C2相一起,Q越大,2越大。由式(3)固有频率的表达式及失谐系数的界说可知,回路电感一守时,初、次级电容的改变代表了a的不同。初级电容越大,次级电容越小,则a越大,峰值输出变比2也越大。

从失谐系数a的界说来看,关于制造好的变压器,(+iki)和(心+k)是相对不变的,a只取决于初、次级电容器的容量比值C2/Q.当C2/Q相同(a不同次级电容下的峰值电压变比也相同),但q、C2的电容值不一起,输出变比2随初级充电电压的改变如所示。能够看出,a相一起,C!容量越大,2越大。由式(15)可知,理论上A与a有关,而与电容的详细值无关。发生这一(d/i/dt)mean.从能够看出,不同电容组合下,初级电流峰值及最大改变率随充电电压均呈线性添加;G不一起,电流峰值改变较大,但电流改变率根本坚持不变。这与式(23)、(25)的推导定论共同。

2.3重要参数剖析电感iki对特斯拉变压器的功用有很大影响,为便利对变压器进行进一步的理论剖析,成和iki的实践丈量必不可少。

用安捷伦4263B型数字电桥,对初、次级绕组电感i1、i2和电阻、凡进行丈量,如表2所示,考虑到放电频率,取100kHz时丈量值为实践值。

表2初、次级线圈电感与电阻丈量值次级开路时,初级回路由C1、心+iw、成组成二阶欠阻尼振动电路。次级开路时C1两头电压波形如所示,读数可得7=5.6us,Um=400V,U02=2 80V,用数字电桥可测得在100kHz时,C1=10.64uF.给出尺1、ik1的核算式如下:次级开路时初级电压波形可对(M2)max和义进行理论核算。在双谐振,即失谐系数=1的条件下,义及A:eff、eff、自界说参数V等核算2所需要害参数的核算值见表3.极火花开关G,主空隙间隔6.0mm,内充300kPa的氮气,负载电阻Aoad=6.0kQ.G在第二峰值击穿后,经过电阻分压器可测得电阻风。ad上的波形如1所示,电压幅值100kV,上升沿约为40ns(幅值10%~90%对应的时刻),半高宽为1.5呷。

4定论空心特斯拉变压器次级电压在第二峰值时到达最大值,可用该峰值对负载充电并进行陡化。该型变压器制造时要尽可能的减小初级电阻与杂散电感。因为次级回路的阻抗较大,其回路电阻和杂散电感对变压器输出的影响能够疏忽。

增大失谐系数或增大初级电容的储能都能够在必定程度上进步峰值输出变比。初级电流峰值与初级电容的平方根成正比,与回路总电感成反比;经过半导体开关的电流改变率首要取决于初级回路总电感。

与闭合铁心式变压器比较,螺旋线型特斯拉变压器更易于用较小的体积和重量完成高的输出变比。但为满意谐振要求,高变比特斯拉变压器的次级电容会比较小,即带载才能较弱,实践运用时需综合考虑。


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