CN105448502A - 一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源，包括上磁轭、下磁轭、初级磁芯、次级磁芯、绝缘层；四个初级磁芯分布在上磁轭和下磁轭之间；每个初级磁芯对应的磁芯柱上安装有多层次级磁芯；上下相邻次级磁芯之间设有绝缘层；磁轭和磁芯均选用铁氧体材料；电路结构包括初级线圈电路和次级线圈电路；初级线圈电路包括初级线圈、方波逆变电路和高频PWM整流器，高频PWM整流器将三相交流市电变成直流，方波逆变电路将直流逆变为方波作为初级线圈输入；次级线圈电路包括次级线圈和全桥整流电路，全桥整流电路将次级线圈感应的方波电压整流为直流。本发明减小了高压电源体积，大大降低了对整流电容的要求，工作状态连续稳定。

Description

一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源
技术领域
本发明涉及辐射加工应用中高压型电子加速器技术领域，具体涉及一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源。
背景技术
辐射加工作为民用非动力核技术的一个重要应用，已经产生了巨大的经济效益。在辐射加工应用中，表面涂层固化、橡胶硫化、甲壳素及壳聚糖处理、水凝胶制备、电池隔膜处理、垃圾发电厂飞灰中的二恶英处理等快速增长或新兴的应用领域，都需要1MeV及以下的低能电子加速器。采用绝缘芯变压器型高压电源的电子加速器具有能量转化率高、结构简单、稳定可靠等优点，非常适合1MeV及以下能区的辐射加工应用。
绝缘芯变压器型高压电源的传统方案如下：
(1)磁轭和磁芯选用硅钢片叠制。其结构为上下两个环形磁轭，中间是均匀分布的三相磁芯柱，每个磁芯柱包括一个初级磁芯和分段的数个次级磁芯，次级磁芯各层之间采用聚四氟乙烯或云母片进行绝缘。
(2)采用工频380V三相正弦波电压励磁，三相交流电分别施加在三组磁芯柱的初级线圈上；
(4)整流电路为二倍压整流电路，采用三相柱形调压器控制高压输出。
对于这种传统的方案，缺点在于：电源体积较大，对整流电容的要求很高，对电压的控制精度不高。
发明内容
本发明提供一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源，其目的在于，解决现有技术中绝缘芯变压器型高压电源的体积较大、电容要求高、电压控制精度不高的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源，包括磁路结构和电路结构，
所述磁路结构包括上磁轭、下磁轭、初级磁芯、次级磁芯、绝缘层；初级磁芯的数量为四个，其均匀分布在上磁轭和下磁轭之间；每一个初级磁芯对应的磁芯柱上安装有相同数量的多层次级磁芯；上下相邻次级磁芯之间设有绝缘层；上磁轭、下磁轭、初级磁芯和次级磁芯均选用铁氧体材料；
所述电路结构包括初级线圈电路和次级线圈电路；初级线圈电路包括依次连接的初级线圈、方波逆变电路和高频PWM整流器，初级线圈套在初级磁芯外侧，位于同一层的四个初级线圈依次串联，且位于同一层的四个初级线圈的绕向使得相邻磁芯的励磁方向相反，高频PWM整流器用于将三相交流市电变成直流，方波逆变电路用于将直流逆变为方波作为初级线圈输入；次级线圈电路包括次级线圈和全桥整流电路，次级线圈套在次级磁芯外侧且连接全桥整流电路，全桥整流电路用于将次级线圈感应的方波电压整流为直流，位于同一层的四个全桥整流电路的输出串联起来作为一层输出，最后将每一层输出再串联起来形成高压输出。
采用本发明技术方案的得益效果是：
(1)质量变轻，损耗变小，体积变小。相比于硅钢片材料，铁氧体密度小、电阻率大，因此质量要轻、焦耳损耗要小。并且，该铁氧体材料工作在数十千赫兹的频率下时，其损耗随磁芯的温度升高而下降。虽然铁氧体的工作磁通量密度比硅钢片要小，但是铁氧体材料的工作频率可以达到数十千赫兹，使得初级线圈匝数、磁芯尺寸大大减小，从而使得绝缘芯变压器型高压电源的体积大大减小。
(2)降低了对整流电容的要求，减小了电源储能和成本，提高了安全性。相比于传统的工频，本发明的工作频率达到数十千赫兹，使得整流电容的需要电容值可以很小，从而整个电源的尺寸更小，减小了储能，降低了电源成本，提高了安全性。
(3)电压控制速度快，精度高，工作状态稳定，冲击更小。相比传统工频绝缘芯变压器机械调压器控制方法，采用半导体开关控制，控制速度快，控制精度高，而且取代了笨重的三相柱形调压器；采用方波励磁，导通角为180度，相比工频型正弦波，导通角度大，工作电流为方波而不再是尖脉冲波形，工作状态连续稳定，冲击更小。
(4)采用“四相”结构，提高空间利用率，增加高压电源功率密度，同时，增加了每层副方线圈个数，降低了单个线圈和整流电路的耐压要求；
总的来说，本发明能量传输效率更高，减小了高压电源体积，大大降低了对整流电容的要求，减小了电源储能和成本，增加了电源安全性，工作状态连续稳定，冲击更小，易于维护。
附图说明
图1为本发明绝缘芯变压器型高压电源的磁路结构图；
图2为本发明绝缘芯变压器型高压电源初级线圈的连接图；
图3为本发明绝缘芯变压器型高压电源整流电路的示意图；
其中：1.上磁轭；2.次级磁芯；3.绝缘层；4.初级磁芯；5.下磁轭。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1是本发明绝缘芯变压器型高压电源的磁路结构，包括上磁轭1、下磁轭5、初级磁芯4、次级磁芯2、绝缘层3。磁轭1、5与磁芯2、4的材料均选用铁氧体材料，磁轭1、5的边缘有倒角以减少毛刺便于安装。初级磁芯4的数量为四个，其均匀分布安装在下磁轭5上；每一个初级磁芯4对应的磁芯柱上安装有多层次级磁芯2；相邻次级磁芯2之间设有绝缘层3；上磁轭1、下磁轭5、初级磁芯4和次级磁芯2均选用铁氧体材料。绝缘材料采用聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯或云母片。
根据预期的绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源的指标参数(额定输出电压、额定输出电流等)，设计合适的尺寸参数，包括：磁轭1、5的内外径和高度，初级磁芯4的半径和高度，次级磁芯2的个数、半径和高度，绝缘层3的半径和厚度等等。此外，还应当确定合适的初级、次级线圈的尺寸及匝数等参数。
图3是绝缘芯变压器型高压电源的电路结构示意图，电路结构包括初级线圈电路和次级线圈电路。
初级线圈电路包括初级线圈、方波逆变电路和高频PWM整流器，每一个初级磁芯4外侧的分别套有一个初级线圈，图2是初级线圈的连接图，套在四个初级磁芯4外侧的初级线圈分别为L1、L2、L3、L4，图中的星号表示同名端，其通过控制线圈的绕向来实现。U+、U-接电源。电源采用数千至数十千赫兹频率的方波电压励磁，四个初级线圈串联后将该方波电压施加在串联的初级线圈两端，四组初级线圈的绕向使得相邻磁芯柱的励磁方向相反。高频PWM整流器将三相交流市电变成直流，方波逆变电路用于将直流逆变为方波作为初级线圈输入。
次级线圈电路包括次级线圈和全桥整流电路。在四个初级磁芯上的每一层次级磁芯2外侧套有一个次级线圈。对于同一层的四个次级线圈，其分别连接一个全桥整流电路，全桥整流电路将次级线圈感应的方波电压整流为直流，位于同一层的四个全桥整流电路的输出串联起来作为一层输出，最后将每一层输出再串联起来形成高压输出。图3中给出四层次级线圈电路示意，其仅仅作为示意，不应理解为对本发明的限制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种绝缘铁氧体磁芯变压器型高压电源，包括磁路结构和电路结构，其特征在于，
所述磁路结构包括上磁轭(1)、下磁轭(5)、初级磁芯(4)、次级磁芯(2)、绝缘层(3)；初级磁芯(4)的数量为四个，其均匀分布在上磁轭(1)和下磁轭(5)之间；每一个初级磁芯(4)对应的磁芯柱上安装有相同数量的多层次级磁芯(2)；上下相邻次级磁芯(2)之间设有绝缘层(3)；上磁轭(1)、下磁轭(5)、初级磁芯(4)和次级磁芯(2)均选用铁氧体材料；
所述电路结构包括初级线圈电路和次级线圈电路；初级线圈电路包括依次连接的初级线圈、方波逆变电路和高频PWM整流器，初级线圈套在初级磁芯(4)外侧，四个初级线圈依次串联，且位于同一层的四个初级线圈的绕向使得相邻磁芯的励磁方向相反，高频PWM整流器用于将三相交流市电变成直流，方波逆变电路用于将直流逆变为方波作为初级线圈输入；次级线圈电路包括次级线圈和全桥整流电路，次级线圈套在次级磁芯(2)外侧且连接全桥整流电路，全桥整流电路用于将次级线圈感应的方波电压整流为直流，位于同一层的四个全桥整流电路的输出串联起来作为一层输出，最后将每一层输出再串联起来形成高压输出。
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