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CN114039495B - 一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器 - Google Patents

一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器 Download PDF

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Abstract

本发明属于变压器技术领域，特别涉及一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器。所述升压功率变压器包括多组相同的变压器子模块；各组所述变压器子模块均包括子模块变压器磁芯、绝缘筒柱、原边绕组和副边绕组；所述绝缘筒柱套接在子模块变压器磁芯上；所述原边绕组绕制在所述绝缘筒柱外侧；各组变压器子模块的原边绕组的端部依次串联，构成原边绕组串联电路，所述原边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输入端。该升压功率变压器在电子束焊接系统中可以为加速电源提供稳定可靠的输出电压，进而实现电子束流稳定输出。

Description

一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器
技术领域
本发明属于变压器技术领域，特别涉及一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器。
背景技术
在现有的电子束焊接设备中，加速电源主要用于提供加速电场，实现电子的加速。经过加速的电子获得足够大的动能，在聚焦线圈的汇聚作用下，形成电子束轰击工件，实现工件熔化达到焊接目的。加速电压越高，则电子获得的能量也越大。中压电子束焊机工作电压多为60kV，其加速电源最大输出电压为60kV，高压电子束焊机输出电压为150kV。为实现如此高的加速电压，升压电路常采用以下三种方式：1.单组变压器直接升压后整流滤波；2.多组变压器原边绕组并联副边绕组串联升压后整流滤波；3.变压器串联倍压整流电路进行升压。
可见，变压器是加速电源升压电路中必不可少的核心部件。采用上述3种升压方式获得电子束加速电压，加速电源升压电路的特性受升压变压器特性影响显著。由于升压变压器需将原边较低的输入电压值升为较高的输出电压值，因此该变压器的变比很大，同时副边绕组绕线匝数很多，这导致副边绕组的漏感非常大。由于漏感的能量无法经过磁芯，在变压器空载工作时，漏感的能量则无法得到快速释放，激发出的电压叠加在变压器副边绕组上，使得副边绕组的输出电压远大于理论值。在变压器带载工作时，漏感能量释放使得变压器输出电压迅速降低，最终导致输出的加速电压不稳定。
为保证加速电压稳定，需要对变压器的输入电压进行实时调节，对变压器的前级电路提出了很高的要求。因此，为了实现加速电压稳定输出，必须要改善加速电源升压变压器的输出特性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，所述升压功率变压器包括多组相同的变压器子模块；
各组所述变压器子模块均包括子模块变压器磁芯、绝缘筒柱、原边绕组和副边绕组；所述绝缘筒柱套接在子模块变压器磁芯上；
所述原边绕组绕制在所述绝缘筒柱外侧；各组变压器子模块的原边绕组的端部依次串联，构成原边绕组串联电路，所述原边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输入端；
所述副边绕组绕制子模块变压器磁芯上，所述副边绕组的一端与子模块变压器磁芯连接；各组变压器子模块的副边绕组的端部依次串联，构成副边绕组串联电路，所述副边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输出端。
进一步的，所述子模块变压器磁芯包括第一磁芯段和第二磁芯段，两组第一磁芯段平行且对正设置，两组第一磁芯段的两端分别设置有一组第二磁芯段，且通过第二磁芯段连接，形成闭合磁路。
进一步的，在各组所述变压器子模块中，所述绝缘筒柱套接在一组第一磁芯段上，所述原边绕组绕制在绝缘筒柱外侧；
所述副边绕组绕制在另一组第一磁芯段上。
进一步的，所述原边绕组和副边绕组均为漆包线。
进一步的，在一组所述变压器子模块中，所述副边绕组的一端与子模块变压器磁芯电性连接，所述副边绕组的另一端与下一组子模块变压器磁芯或后级电路电性连接。
本发明的有益效果是：
1、通过将升压变压器副边绕组等比例拆成多份后串联，降低了各个副边绕组的输出电压，使得副边绕组可以直接绕制于子模块变压器磁芯上，极大程度提高了绕组与磁芯间的耦合性，降低了副边绕组的漏感，强化了升压变压器的带载能力。
2、该升压功率变压器在电子束焊接系统中可以为加速电源提供稳定可靠的输出电压，进而实现电子束流稳定输出。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器结构图；
图2示出了根据本发明实施例的用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器电路原理图；
图3示出了根据本发明实施例的用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器子模块结构图。
图中：1-第一变压器子模块；111-第一磁芯段；112-第二磁芯段；113-分界面；121-绝缘筒柱；122-原边绕组；131-副边绕组；2-第二变压器子模块；3-第三变压器子模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，所述升压功率变压器包括多组相同的变压器子模块，多组变压器子模块的原边绕组串联接收输入电压，副边绕组串联进行电压输出。所述原边绕组通过绝缘筒柱实现与磁芯的绝缘隔离，副边绕组直接绕制于磁芯上。
示例性的，如图1所示，本发明实施例中，以所述升压功率变压器包括三组变压器子模块为例进行示例性说明。所述低漏感升压功率变压器包括第一变压器子模块1、第二变压器子模块2和第三变压器子模块3；所述第一变压器子模块1、第二变压器子模块2和第三变压器子模块3结构相同，依次串联。
具体的，如图3所示，以第一变压器子模块1为例进行说明。所述第一变压器子模块1包括子模块变压器磁芯、绝缘筒柱121、原边绕组122和副边绕组131。所述子模块变压器磁芯包括第一磁芯段111和第二磁芯段112；两组第一磁芯段111平行且对正设置，两组第一磁芯段111的两端分别设置有一组第二磁芯段112，且通过第二磁芯段112连接，形成闭合磁路。其中，分界面113为两组第一磁芯段111与同一侧第二磁芯段112连接点所在面。
所述绝缘筒柱121套接在一组第一磁芯段111上，所述原边绕组122绕制在绝缘筒柱121外侧，绝缘筒柱121实现了原边绕组122与子模块变压器磁芯之间的绝缘隔离。各组变压器子模块的原边绕组122的端部依次串联，构成原边绕组串联电路，所述原边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输入端。
所述副边绕组131绕制在另一组第一磁芯段111上。其中，所述副边绕组131的一端与子模块变压器磁芯连接；另一端为电压输出端，与下一组变压器子模块的子模块变压器磁芯连接。各组变压器子模块的副边绕组131的端部依次串联，构成副边绕组串联电路，所述副边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输出端。
具体的，所述原边绕组122和副边绕组131均为漆包线。
进一步的，如图1所示，在所述低漏感升压功率变压器中，第一变压器子模块1上的原边绕组122的一端，和第三变压器子模块3的原边绕组122的一端，为变压器输入端；第一变压器子模块1上的原边绕组122的另一端，与第二变压器子模块2上的原边绕组122的一端连接；第二变压器子模块2上的原边绕组122的另一端，与第三变压器子模块3上的原边绕组122的另一端连接。各组变压器子模块的原边绕组122实现串联接收输入电压。
第一变压器子模块1上的副边绕组131的一端，和第三变压器子模块3的副边绕组131的一端，为变压器输出端；第一变压器子模块1上的副边绕组131的另一端，与第二变压器子模块2上的副边绕组131的一端连接；第二变压器子模块2上的副边绕组131的另一端，与第三变压器子模块3上的副边绕组131的另一端连接。各组变压器子模块的副边绕组131的端部依次串联，构成副边绕组串联电路，所述副边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输出端。并且，每组变压器子模块上的副边绕组的一端，分别与各自变压器子模块上的子模块变压器磁芯电性连接。
通过将升压变压器副边绕组等比例拆成多份后串联，降低了各个副边绕组的输出电压，使得副边绕组可以直接绕制于子模块变压器磁芯上，极大程度提高了绕组与磁芯间的耦合性，降低了副边绕组的漏感，强化了升压变压器的带载能力。
本发明实施例提出的用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，采用漆包线绕制于绝缘筒柱上，形成变压器子模块的原边绕组122；子模块变压器磁芯的第一磁芯段111穿过绝缘筒柱121内芯，与第二磁芯段112汇合形成闭环磁芯回路；将漆包线直接绕制于磁芯上，形成变压器子模块的副边绕组131，副边绕组131一端接子模块变压器磁芯，另一端为输出端，接下一组子模块变压器磁芯或后级电路；将多个变压器子模块的原副边绕组131依次串联，形成完整的升压功率变压器。所述升压功率变压器的电路原理图如图2所示，该升压功率变压器具有漏感低，输出特性较硬等优点。在电子束焊接系统中可以为加速电源提供稳定可靠的输出电压，进而实现电子束流稳定输出。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，其特征在于，所述升压功率变压器包括多组相同的变压器子模块；
各组所述变压器子模块均包括子模块变压器磁芯、绝缘筒柱(121)、原边绕组(122)和副边绕组(131)；所述绝缘筒柱(121)套接在子模块变压器磁芯上；
所述原边绕组(122)绕制在所述绝缘筒柱(121)外侧；各组变压器子模块的原边绕组(122)的端部依次串联，构成原边绕组串联电路，所述原边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输入端；
所述副边绕组(131)绕制子模块变压器磁芯上，所述副边绕组(131)的一端与子模块变压器磁芯连接；各组变压器子模块的副边绕组(131)的端部依次串联，构成副边绕组串联电路，所述副边绕组串联电路的两端为所述升压功率变压器的输出端；
所述子模块变压器磁芯包括第一磁芯段(111)和第二磁芯段(112)，两组第一磁芯段(111)平行且对正设置，两组第一磁芯段(111)的两端分别设置有一组第二磁芯段(112)，且通过第二磁芯段(112)连接，形成闭合磁路；
在各组所述变压器子模块中，所述绝缘筒柱(121)套接在一组第一磁芯段(111)上，所述原边绕组(122)绕制在绝缘筒柱(121)外侧；所述副边绕组(131)绕制在另一组第一磁芯段(111)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，其特征在于，所述原边绕组(122)和副边绕组(131)均为漆包线。
3.根据权利要求2所述的一种用于电子束高压加速电源的低漏感升压功率变压器，其特征在于，在一组所述变压器子模块中，所述副边绕组(131)的一端与子模块变压器磁芯电性连接，所述副边绕组(131)的另一端与下一组子模块变压器磁芯或后级电路电性连接。
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