一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及輻射加工應用中高壓型電子加速器技術領域，具體涉及一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源。
【背景技術】
[0002]輻射加工作為民用非動力核技術的一個重要應用，已經產生了巨大的經濟效益。在輻射加工應用中，表面涂層固化、橡膠硫化、甲殼素及殼聚糖處理、水凝膠制備、電池隔膜處理、垃圾發(fā)電廠飛灰中的二惡英處理等快速增長或新興的應用領域，都需要IMeV及以下的低能電子加速器。采用絕緣芯變壓器型高壓電源的電子加速器具有能量轉化率高、結構簡單、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，非常適合IMeV及以下能區(qū)的輻射加工應用。
[0003]絕緣芯變壓器型高壓電源的傳統(tǒng)方案如下:
[0004](I)磁軛和磁芯選用硅鋼片疊制。其結構為上下兩個環(huán)形磁軛，中間是均勻分布的三相磁芯柱，每個磁芯柱包括一個初級磁芯和分段的數個次級磁芯，次級磁芯各層之間采用聚四氟乙烯或云母片進行絕緣。
[0005](2)采用工頻380V三相正弦波電壓勵磁，三相交流電分別施加在三組磁芯柱的初級線圈上；
[0006](4)整流電路為二倍壓整流電路，采用三相柱形調壓器控制高壓輸出。
[0007]對于這種傳統(tǒng)的方案，缺點在于:電源體積較大，對整流電容的要求很高，對電壓的控制精度不高。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型提供一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源，其目的在于，解決現有技術中絕緣芯變壓器型高壓電源的體積較大、電容要求高、電壓控制精度不高的問題。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型采取了以下技術方案:
[0010]一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源，包括磁路結構和電路結構，
[0011 ] 所述磁路結構包括上磁軛、下磁軛、初級磁芯、次級磁芯、絕緣層;初級磁芯的數量為四個，其均勻分布在上磁軛和下磁軛之間；每一個初級磁芯對應的磁芯柱上安裝有相同數量的多層次級磁芯；上下相鄰次級磁芯之間設有絕緣層;上磁軛、下磁軛、初級磁芯和次級磁芯均選用鐵氧體材料；
[0012]所述電路結構包括初級線圈電路和次級線圈電路;初級線圈電路包括依次連接的初級線圈、方波逆變電路和高頻PWM整流器，初級線圈套在初級磁芯外側，位于同一層的四個初級線圈依次串聯(lián)，且位于同一層的四個初級線圈的繞向使得相鄰磁芯的勵磁方向相反，高頻PWM整流器用于將三相交流市電變成直流，方波逆變電路用于將直流逆變?yōu)榉讲ㄗ鳛槌跫壘€圈輸入;次級線圈電路包括次級線圈和全橋整流電路，次級線圈套在次級磁芯外側且連接全橋整流電路，全橋整流電路用于將次級線圈感應的方波電壓整流為直流，位于同一層的四個全橋整流電路的輸出串聯(lián)起來作為一層輸出，最后將每一層輸出再串聯(lián)起來形成高壓輸出。
[0013]采用本實用新型技術方案的得益效果是:
[0014](I)質量變輕，損耗變小，體積變小。相比于硅鋼片材料，鐵氧體密度小、電阻率大，因此質量要輕、焦耳損耗要小。并且，該鐵氧體材料工作在數十千赫茲的頻率下時，其損耗隨磁芯的溫度升高而下降。雖然鐵氧體的工作磁通量密度比硅鋼片要小，但是鐵氧體材料的工作頻率可以達到數十千赫茲，使得初級線圈匝數、磁芯尺寸大大減小，從而使得絕緣芯變壓器型高壓電源的體積大大減小。
[0015](2)降低了對整流電容的要求，減小了電源儲能和成本，提高了安全性。相比于傳統(tǒng)的工頻，本實用新型的工作頻率達到數十千赫茲，使得整流電容的需要電容值可以很小，從而整個電源的尺寸更小，減小了儲能，降低了電源成本，提高了安全性。
[0016](3)電壓控制速度快，精度高，工作狀態(tài)穩(wěn)定，沖擊更小。相比傳統(tǒng)工頻絕緣芯變壓器機械調壓器控制方法，采用半導體開關控制，控制速度快，控制精度高，而且取代了笨重的三相柱形調壓器;采用方波勵磁，導通角為180度，相比工頻型正弦波，導通角度大，工作電流為方波而不再是尖脈沖波形，工作狀態(tài)連續(xù)穩(wěn)定，沖擊更小。
[0017](4)采用“四相”結構，提高空間利用率，增加高壓電源功率密度，同時，增加了每層副方線圈個數，降低了單個線圈和整流電路的耐壓要求；
[0018]總的來說，本實用新型能量傳輸效率更高，減小了高壓電源體積，大大降低了對整流電容的要求，減小了電源儲能和成本，增加了電源安全性，工作狀態(tài)連續(xù)穩(wěn)定，沖擊更小，易于維護。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型絕緣芯變壓器型高壓電源的磁路結構圖；
[0020]圖2為本實用新型絕緣芯變壓器型高壓電源初級線圈的連接圖；
[0021]圖3為本實用新型絕緣芯變壓器型高壓電源整流電路的示意圖；
[0022]其中:1.上磁軛;2.次級磁芯;3.絕緣層;4.初級磁芯;5.下磁軛。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0024]圖1是本實用新型絕緣芯變壓器型高壓電源的磁路結構，包括上磁軛1、下磁軛5、初級磁芯4、次級磁芯2、絕緣層3 ο磁軛1、5與磁芯2、4的材料均選用鐵氧體材料，磁軛1、5的邊緣有倒角以減少毛刺便于安裝。初級磁芯4的數量為四個，其均勻分布安裝在下磁軛5上；每一個初級磁芯4對應的磁芯柱上安裝有多層次級磁芯2;相鄰次級磁芯2之間設有絕緣層3;上磁軛1、下磁軛5、初級磁芯4和次級磁芯2均選用鐵氧體材料。絕緣材料采用聚酰亞胺薄膜、聚四氟乙烯或云母片。
[0025]根據預期的絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源的指標參數(額定輸出電壓、額定輸出電流等)，設計合適的尺寸參數，包括:磁軛1、5的內外徑和高度，初級磁芯4的半徑和高度，次級磁芯2的個數、半徑和高度，絕緣層3的半徑和厚度等等。此外，還應當確定合適的初級、次級線圈的尺寸及匝數等參數。
[0026]圖3是絕緣芯變壓器型高壓電源的電路結構示意圖，電路結構包括初級線圈電路和次級線圈電路。
[0027]初級線圈電路包括初級線圈、方波逆變電路和高頻PWM整流器，每一個初級磁芯4外側的分別套有一個初級線圈，圖2是初級線圈的連接圖，套在四個初級磁芯4外側的初級線圈分別為L1、L2、L3、L4，圖中的星號表示同名端，其通過控制線圈的繞向來實現。U+、U-接電源。電源采用數千至數十千赫茲頻率的方波電壓勵磁，四個初級線圈串聯(lián)后將該方波電壓施加在串聯(lián)的初級線圈兩端，四組初級線圈的繞向使得相鄰磁芯柱的勵磁方向相反。高頻PffM整流器將三相交流市電變成直流，方波逆變電路用于將直流逆變?yōu)榉讲ㄗ鳛槌跫壘€圈輸入。
[0028]次級線圈電路包括次級線圈和全橋整流電路。在四個初級磁芯上的每一層次級磁芯2外側套有一個次級線圈。對于同一層的四個次級線圈，其分別連接一個全橋整流電路，全橋整流電路將次級線圈感應的方波電壓整流為直流，位于同一層的四個全橋整流電路的輸出串聯(lián)起來作為一層輸出，最后將每一層輸出再串聯(lián)起來形成高壓輸出。圖3中給出四層次級線圈電路示意，其僅僅作為示意，不應理解為對本實用新型的限制。
[0029]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源，包括磁路結構和電路結構，其特征在于，所述磁路結構包括上磁軛(I)、下磁軛(5)、初級磁芯(4)、次級磁芯(2)、絕緣層(3);初級磁芯(4)的數量為四個，其均勻分布在上磁軛(I)和下磁軛(5)之間；每一個初級磁芯(4)對應的磁芯柱上安裝有相同數量的多層次級磁芯(2);上下相鄰次級磁芯(2)之間設有絕緣層(3);上磁軛(1)、下磁軛(5)、初級磁芯(4)和次級磁芯(2)均選用鐵氧體材料； 所述電路結構包括初級線圈電路和次級線圈電路;初級線圈電路包括依次連接的初級線圈、方波逆變電路和高頻PWM整流器，初級線圈套在初級磁芯(4)外側，四個初級線圈依次串聯(lián)，且位于同一層的四個初級線圈的繞向使得相鄰磁芯的勵磁方向相反，高頻PWM整流器用于將三相交流市電變成直流，方波逆變電路用于將直流逆變?yōu)榉讲ㄗ鳛槌跫壘€圈輸入；次級線圈電路包括次級線圈和全橋整流電路，次級線圈套在次級磁芯(2)外側且連接全橋整流電路，全橋整流電路用于將次級線圈感應的方波電壓整流為直流，位于同一層的四個全橋整流電路的輸出串聯(lián)起來作為一層輸出，最后將每一層輸出再串聯(lián)起來形成高壓輸出。
【專利摘要】本實用新型公開了一種絕緣鐵氧體磁芯變壓器型高壓電源，包括上磁軛、下磁軛、初級磁芯、次級磁芯、絕緣層；四個初級磁芯分布在上磁軛和下磁軛之間；每個初級磁芯對應的磁芯柱上安裝有多層次級磁芯；上下相鄰次級磁芯之間設有絕緣層；磁軛和磁芯均選用鐵氧體材料；電路結構包括初級線圈電路和次級線圈電路；初級線圈電路包括初級線圈、方波逆變電路和高頻PWM整流器，高頻PWM整流器將三相交流市電變成直流，方波逆變電路將直流逆變?yōu)榉讲ㄗ鳛槌跫壘€圈輸入；次級線圈電路包括次級線圈和全橋整流電路，全橋整流電路將次級線圈感應的方波電壓整流為直流。本實用新型減小了高壓電源體積，大大降低了對整流電容的要求，工作狀態(tài)連續(xù)穩(wěn)定。
【IPC分類】H02M7/02, H02M5/10, H01F1/10, H01F30/12
【公開號】CN205264480
【申請?zhí)枴緾N201521111395
【發(fā)明人】楊軍, 楊磊, 李夢奎, 李遠鵬, 張亞峰, 秦斌, 曹磊, 黃江, 齊偉, 劉開鋒, 左晨, 張力戈, 余調琴
【申請人】華中科技大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月25日