（中國工程物理研宄院應用電子學研宄所，高功率微波技術。圖中，C1為初級儲能電容，初級電壓為U0；C2為調諧電容，其電壓為U2；C3為負載電容，一般為形成線負載或傳輸線負載電容，其電壓為U2；L1為空芯變壓器初級繞組電感；L2為空芯變壓器次級繞組電感；M為空芯變壓器互感。此電路所具有3個本征頻率為及。當能量傳輸效率為100%，也即電容器C1存貯的能量100%地傳遞到負載電容C3上時，電路發生諧振。此時，電容器C1及C2上的電壓、電流為零而C3上的電壓達到比較大值，電流為零。這種情況只能在3個本征頻率（假設<奶<）滿足，男，博士，從事脈沖功率技術研究；aeplm163.com，各電容的電壓的表達式為典型的波形如所示，其中了為周期。由可以看出，U2和U3比較大值的比為0. 36：1.00，也就是說空芯變壓器上比較大所承受的電壓僅為負載上比較大電壓的36%，即理論上可以將空芯變壓器的輸出電壓提高到原電壓的2.77倍，這樣就大大減小了空芯變壓器高壓線圈上的耐壓，而相對于變壓器高壓線圈來說，因不用考慮磁場耦合等因素，調諧電感的絕緣更容易滿足要求，這樣就增強了整個裝置的穩定性。

　　2三諧振脈沖變壓器設計本文在負載不變的情況下，將己有350kV空芯變壓器設計成三諧振脈沖變壓器，一方面驗證理論及模擬結果的正確性，另一方面驗證將任意一臺雙諧振脈沖變壓器改造成三諧振脈沖變壓器的可行性。

　　2.1參數設計本文的設計目標是將一臺現有的空芯變壓器改造成三諧振脈沖變壓器，對于給定的空芯變壓器而言，己確定的參數為空芯變壓器的初次級電感及耦合系數、初級回路雜散電感及電阻、負載電容值等，還需要設計的參數為初級電容值、調諧電感及調諧電容。

　　然而，對于任意一臺雙諧振變壓器改造而成的三諧振脈沖變a'4，uL壓器，其3個固有頻率比不可能正好是1：2：3，而且需要考慮各種雜散參數。由理論分析可知，很難直接通過計算得到各個參數的確定值，因此，本文提出了迭代模擬法進行求解，具體設計思路1為：1）假定所設計的三諧振脈沖變壓器的3個固有頻率比為1：3，根據理論分析所得的參數關系，得到一組理論設計值；（2）然后將理論設計值輸入Pspce程序，進行電路模擬，模擬時要考慮己Fg.3erutoftrpleeoaneple知的各種電路參數，模擬電路圖如所示，圖中，i1和私分別為初級和次級回路電阻，包括初級和次級繞組的電阻、導線及開關三諧振變壓器模擬電路的電阻，風為調諧電感L的電阻，Lk1為初級回路雜散電感，包括初級漏感及導線和開關的電感，LS2為二級回路雜散電感；3）再根據理論分析所得各參數變化的規律進行判定，調整調諧電感、調諧電容及初級電容的數值，再次進行電路模擬，比較終使三諧振脈沖變壓器輸出電壓達到比較大值時，初級電容和空芯變壓器高壓繞組上的電壓近似為零，從而確定所設計的各參數的值。其流程圖如所示。

　　己有空芯變壓器的參數為：初級電感L1=330nH，次級電感L2=128.0mH，耦合系數L=. 597；負載電容為80pF.按表1計算可得各參數的理論設計值為（計算時假定L=. 67）：初級電容C根據實際電容的大小，確定初級電容0=60pF.取Lkl=110nH，Ri=30mn，初級電容充電1kV時，模擬所得三諧振脈沖變壓器的波形如（a）所示。由圖可以看出，當三諧振脈沖變壓器輸出電壓Uc3達到比較大時，空芯變壓器高壓繞組有負的剩余電壓存在，故應該增大調諧電容C2的值；此外，1/.2第2個波峰的時間超前于Uc3達到比較大值的時間，故應該增大調諧電感L3的值。

　　按照上述方法，經過反復迭代模擬，比較后確定的三諧振脈沖變壓器設計參數為：初級儲能電壓U=1kV，變壓器工作電壓R= 500kV，初級儲能電容C1=60PF，調諧電容C2=180pF，初級線圈電感L1=330nH，次級線圈電感L2=128.0mH，負載電容C3=80pF，調諧電感L3=248.0mH，初級附加電感Lk1=110nH，互感M=121.8pH，初級加路電阻=30mn，費合系數々m=0.597.當初級電容充電1kV時，模擬所得三諧振脈沖變壓器的波形如（b）所示。由圖可知，負載電壓比較大時（比較大電壓為521.8kV）初級電容上的電壓和空芯變壓器次級輸出電壓基本為0，說明此組參數基本滿足三諧振條件。此時，空芯變壓器次級上的比較大電壓為203.8kV，負載比較大電壓為其的2. 56倍，與理想的三諧振變壓器相當，三諧振脈沖變壓器能量傳輸效率為36. 3%.由此可知，將任意一臺雙諧振脈沖變壓器改造成三諧振脈沖變壓器在理論上是可行的。

　　2.2結構設計三諧振脈沖變壓器結構示意圖如所示。在圖中，調諧電容器放置于空芯變壓器高壓繞組內部，這樣調諧電容器不用單獨占用空間，使裝置結構緊湊，另外也便于連線和絕緣設計；周諧電感因為絕緣的需要，單獨放置于一個腔體內。為了測量的需要，在調諧電容與調諧電感之間加入一段測量段來測量空芯變壓器高壓繞組上的電壓，此測量段對變壓器的工作性能沒有影響。空芯變壓器高壓繞組輸出電壓波形及負載電容上電壓波形的測量均采用電容分壓器加二級電阻分壓來實現。

　　調諧電容設計根據總體結構設計的要求，為了將調諧電容放置于錐形高壓繞組內部，就要求調諧電容總體長度略大于繞組骨架的長度，而且必須小于外筒的長度。另外，為了不影響錐形高壓繞組的工作狀態，要求調諧電容的徑向尺寸盡量小，且要滿足絕緣要求。比較終選擇用陶瓷電容器串聯組合成所需的調諧電容，其結構示意圖如所示。調諧電容由11個2.1nF/50kV的陶瓷電容器串聯而成，整體裝配于有機玻璃筒中，兩端連接銅電極，設計總電容值為190. 1pF，理論上調諧電容的比較大耐壓值為550kV，考慮到電容串聯后電壓分布的不均勻性，整個電容器組可以耐受300kV的設計電壓。

　　調諧電感設計調諧電感L設計值為200mH，耐壓要求大于650kV，此高壓大電感是設計的難點之一。經綜合考慮，采用多層空芯線圈繞制此電感，其結構示意圖如所示。調諧線圈用尼龍做骨架，共5層，每層尼龍的厚度為20mm，兩層之間有4mm的間隙作為油道，層間耐壓大于200kV.電感采用線徑1mm的聚氨酯漆包銅圓線QZ-3，其有效擊穿電壓為7.1kV，每層匝數約為450匝，總匝數為2 250匝。按每層耐壓200kV計算，匝間平均電壓為0.44kV，于是匝間電壓的安全因子高達7. 1/0.44=16，滿足匝間絕緣要求。

　　3.空芯變壓器輸出電壓比較大值U2為194.6kV，負載電壓第2峰U32為279.6kV，U32/U2=1.44，第3峰為U33為311.8kV，U33/U2=1.60由圖可知，調諧電感分布電容為50卩時，尺1=1.48，尺2=1.7，與，初級電容充電1 300V時，空芯變壓器輸出電壓比較大值U2為310kV，負載電壓比較大值為620.1kV，負載電壓的比較大值和錐形繞組輸出電壓的比較大值的比值比較大為2.0，此時調諧電感的調諧電容約為18.7pF，根據0可知，負載電壓的比較大值和錐形繞組輸出電壓的比較大值的比值為2.23，和實驗結果基本一致。

　　4結論本文設計了基于空芯變壓器的三諧振脈沖變壓器，并進行了實驗研究。實驗結果表明，所研制的三諧振脈沖變壓器輸出電壓的峰值比較大可以達到錐形高壓繞組輸出電壓的2倍，系統比較大工作電壓可達600kV.實驗和理論的結果都說明，將任意一臺雙諧振脈沖變壓器改造成三諧振脈沖變壓器具有可行性。