快放電直線型變壓器驅(qū)動(dòng)源磁芯脈沖損耗特性+王志國，孫鳳舉，邱愛慈，姜曉峰，梁天學(xué)，尹佳輝，劉鵬，魏浩，張鵬飛，張眾（西北核技術(shù)研究所，西安710024）晶兩種材料磁芯損耗特性；采用一種新的特征參量（磁芯單位面積上激磁電壓陡度）來規(guī)范磁芯的激磁電壓條件，使得，IA為初級(jí)電壓，U2為次級(jí)電壓；虛線中所示為磁芯等效模型，為渦流電流，為激磁電流；磁芯渦流損耗和磁滯損耗均使用電阻來等效，i.為渦流損耗電阻，iT為磁滯損耗電厚度；/為磁芯平均環(huán)長；々為系數(shù)，取FLTD等效電路圖基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（（1077111）根據(jù)安培環(huán)路定律，在半徑為r處勵(lì)磁電流m產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為一l則穿過磁芯截面的總磁通為可得勵(lì)磁電感LT為2等效電路模型可以看出，此時(shí)初級(jí)漏電流絕大部分流過損耗電阻R，因此可以在次級(jí)開路的情況下，通過測(cè)量磁芯未飽和時(shí)的次級(jí)電壓U2及初級(jí)漏電流Im得到損耗電阻R.，包括磁芯、激磁回路、去磁回路及快脈沖信號(hào)測(cè)量部分。圖中高壓直流電源為±50kV雙極性充電電源，充電電壓0±50kV連續(xù)可調(diào)；氣體開關(guān)為三電極場(chǎng)畸變開關(guān)，本底擊穿電壓±5kV，通過改變開關(guān)擊穿電壓，可以獲得不同幅值的激磁脈沖電壓；初次級(jí)電壓使用膜電阻分壓器測(cè)量，次級(jí)所用電阻分壓器高壓壁阻值為500fl，相對(duì)磁芯損耗電阻R（十幾fl）相當(dāng)于開路；刀級(jí)漏電流使用小信號(hào)電阻測(cè)量，阻值為0.1fl.為達(dá)到測(cè)試結(jié)果可與FLTD實(shí)際使用條件下磁芯性能相比較的目的，需要確保待測(cè)磁芯的激磁條件與FLTD實(shí)際使用時(shí)的激磁條件相同。西北核技術(shù)研究所孫鳳舉等人提出了使用單匝單位面積磁芯上的激磁電壓陡度作為表征磁芯激磁條件的特征參數(shù)，即特征參數(shù)a=VP八S），其中，Vp為初級(jí)激磁電壓峰值以為初級(jí)匝數(shù)，為激磁電壓脈沖前沿。

　　FLTD實(shí)際工作時(shí)電容器充電±100kV，在匹配負(fù)載條件下，初級(jí)激磁電壓Vp為100kV.磁芯有效截面積Se約為70cm2，脈沖上升時(shí)間為100ns，線圈匝數(shù)均為單匝，計(jì)算FLTD實(shí)際工作時(shí)的特征參數(shù)a為3電路，通過改變氣體開關(guān)擊穿電壓確保磁芯激磁條件與FLTD實(shí)際工作時(shí)相同。表1所示為分別為測(cè)得的兩種磁芯次級(jí)電壓及初級(jí)漏電流波形圖。由圖中可以看出，次級(jí)電壓到達(dá)峰值前初級(jí)漏電流和次級(jí)電壓的相位差較小，說明此時(shí)激磁電感的影響可以忽略，磁芯可以等效為阻性負(fù)載。所示為由次級(jí)電壓及初級(jí)漏電流得到的兩種磁芯損耗電阻R隨時(shí)間變化波形圖，由圖中可以看出3.2磁芯損耗分析當(dāng)磁芯材料用于交流磁場(chǎng)時(shí)，動(dòng)態(tài)磁化會(huì)造成各種形式的能量損耗。磁芯損耗會(huì)降低磁芯能量耦合效率，影響FLTD的輸出參數(shù)?？烀}沖下磁芯損耗主要包括渦流損耗和磁滯損耗。渦流損耗為磁芯內(nèi)部渦流電流產(chǎn)生的焦耳熱，大小主要由渦流損耗電阻兄決定；磁滯損耗為磁疇翻轉(zhuǎn)時(shí)克服阻力所做的功，大小主要通過矯頑力體現(xiàn)。

　　磁芯渦流損耗電阻艮的大小與諸多因素有關(guān)，如磁芯材料電阻率帶材厚度夂有效截面積S6等。渦流損耗電阻艮大小可以由式（1）計(jì)算。但式（1）為半經(jīng)驗(yàn)公式，系數(shù)々的選取存在一定的不確定性，且沒有考慮趨膚深度對(duì)損耗電阻的影響。針對(duì)上述問題，本文重新推導(dǎo)了渦流損耗電阻兄的計(jì)算公式。

　　在快脈沖作用下渦流電流有很強(qiáng)的趨膚效應(yīng)，趨膚深度由式（6）分別計(jì)算兩種磁芯的趨膚深度Xs.DG6硅鋼磁芯趨膚深度Xs為9. 8pm，605TCA非晶磁芯趨膚深度為5.1pm.可得，磁芯未飽和時(shí)，趨膚深度Zs與帶材厚度5同量級(jí)，此時(shí)可認(rèn)為渦流電流由磁芯帶材表面到中心按指數(shù)形式衰減，帶材表面電流密度為。，則距離帶材表面為z（0<<　　可得磁芯損耗電阻艮為由式（9）分別計(jì)算兩種磁芯的渦流損耗電阻大小，DG6硅鋼磁芯渦流損耗電阻兄為4.晶磁芯渦流損耗電阻兄為37.2fl.由于次級(jí)開路，磁芯磁化過程中總的損耗W可以通過測(cè)得的次級(jí)電壓與初級(jí)漏電流得出，磁芯總的損耗W為磁化過程中渦流損耗We為由式（10）及式（11）得到的兩種磁芯總損耗及渦流損耗如所示，DG6硅鋼磁芯總損耗約為1. 1，其中渦流損耗0.82，占磁芯總損耗的75%；2605TCA非晶磁芯總損耗約為0.32，其中渦流損耗為0.09，占總損耗的28%. 4結(jié)論50的DG6硅鋼磁芯及25的2605TCA非晶磁芯的快脈沖損耗特性。在考慮趨膚深度影響的前提下，推導(dǎo)了磁芯渦流損耗電阻計(jì)算公式；實(shí)驗(yàn)測(cè)試了兩種磁芯損耗，結(jié)果表明使用鐵基非晶材料可以顯著減小磁芯損耗；十算了兩種磁芯材料渦流損耗占總損耗的比例，硅鋼材料磁芯中渦流損耗起主要作用，而對(duì)于鐵基非晶材料，損耗主要為磁滯損耗。