CN103000338A - 作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，目的是解决现有可饱和变压器难以兼顾高升压倍数和低饱和电感特性、不能作为多路同步脉冲变压器和多路同步磁开关的难题。本发明由变压器内芯部分、变压器初级绕组部分和变压器次级绕组部分组成；采用m路初级子绕组分组、分别包围m组磁环的并联结构，次级绕组分Q组独立均匀分布在磁环圆周方向，每一组次级绕组又由N路线绕式次级子绕组组成。本发明可将升压倍数提高至次级绕组匝数N_s的m倍，同时实现Q个1：m×N_s的脉冲变压器同步升压，可将同匝数的变压器次级绕组饱和电感近似按N倍降低，Q组独立的变压器次级绕组可作为Q路独立的磁开关实现ns级同步导通。

Description

作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器

技术领域

本发明涉及高功率脉冲调制技术领域的可饱和脉冲变压器，尤其是一种采用多路线绕式绕组分组并联结构的、作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器。

背景技术

脉冲功率调制技术是一种把“慢”存储起来的具有较高密度的电场或磁场能量进行快速压缩、转换或直接释放给负载的电物理技术，其中的电压变换和开关技术是关键。近年来，脉冲功率调制技术在高功率微波、高功率脉冲激光、冲击波发生器、介质阻挡放电、材料表面处理、工业废气废水处理、食品杀菌消毒以及生物医学等众多领域获得了良好的应用，而这些应用对脉冲功率调制器提出了高功率、高重复运行频率、固态化和长使用寿命的要求。脉冲功率调制器中，常用的两种升压技术包括脉冲变压器技术和Marx发生器技术，二者分别属于电感储能型和电容储能型技术，就技术优势而言二者各有千秋，是高功率脉冲调制器系统中两类并列的重要升压技术。脉冲功率调制器中，常用的开关技术包括气体开关技术、液体开关技术和固体开关技术。

目前，脉冲功率开关技术的一项重要应用，就是应用于同步控制多路高电压脉冲输出。多路开关同步技术包括多路开关并联同步技术、多路开关串联同步技术。多路开关并联同步技术中，不但要求各路开关导通同步，还要求各路开关及其控制的电路支路始终为并联关系。多路开关串联同步技术中，不但要求各路开关导通同步，还要求各路开关在导通后保持串联关系，如Marx发生器中的多级同步开关。

关于多路开关并联同步技术的典型应用就是Z箍缩等离子体(Z-pinch)的研究。国内外正在开展多台并联的大型脉冲功率装置应用于Z箍缩等离子体(Z-pinch)的研究，其最终目标是实现受控核聚变，解决人类的能源问题。相关研究报道包括R.C.Hazelton等人2003年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《等离子体科学汇刊》(IEEE Transactionson Plasma Science)上发表的论文《双鹰系统Z-pinch负载向心聚爆阶段的干涉成像测量》【R.C.Hazelton,E.J.Yadlowsky，J.J.Moschella,et al,“Interferometric Measurement of PhysicalPhenomena During the Implosion Phase of a Puff-On-Puff Z-Pinch Load on Double-EAGLE,”IEEE Transactions on Plasma Science,2003,Vol.31,No.6,pp:1355-1362】，以及上世纪80年代美国和前苏联建造的一批大型Z箍缩装置。此类装置采用多路高电压触发系统对多路并联加速器的气体开关进行同步触发，单个气体开关的抖动可以控制在1.5ns左右，多路气体开关同步触发导通的抖动可控制在15ns以内。然而此类装置中每一路高电压触发系统本身就是一台结构复杂的高电压脉冲功率装置，多路高电压触发系统同步控制的精度难以降低到几ns量级，并且造价昂贵。因此，研究人员摒弃了传统的多路高电压脉冲触发的技术方案，采用多路激光同步触发多路气体开关，以获得更低的气体开关抖动时间和更高的开关同步时间精度。采用多路激光同步触发多路气体开关的相关研究报道包括何安、任济、丰树平等人2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《Z箍缩初级实验平台的激光触发系统》【何安，任济，丰树平，等，“Z箍缩初级实验平台的激光触发系统，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp:839-842】，下文简称背景技术一。背景技术一所述为中国工程物理研究院正在研制的国内最大的Z箍缩装置(PTS装置)，PTS装置包括一台延时控制系统、两台12路精密延时同步机delay generator 1和delay generator 2、12台激光器laser1-laser 12、12路半反半透分光镜S-B-M、12路全反射镜RM、24路激光触发气体开关L-S、24路中间储能电容I-S-C、24路Marx发生器、24路脉冲形成线forming line。在延时控制系统控制下，12路精密延时同步机delay generator 1同步控制12台激光器的氙灯，12路精密延时同步机delay generator 2同步触发12台激光器的Q开关，每台延时同步机的12路信号之间的同步时间误差小于1ns。具有抗电磁干扰能力的12台激光器同步输出12路激光，每一路激光均经过一路半反半透分光镜S-B-M将激光等分成两束，其中一束激光直接经该路半反半透分光镜S-B-M反射，用于触发一路激光触发气体开关L-S，而另一束分束激光经1路全反射镜RM反射，并用于触发另一路激光触发气体开关L-S；12台激光器同步输出的12路激光被12路半反半透分光镜S-B-M分束成相同的24束激光，经12路半反半透分光镜S-B-M和12路全反射镜RM反射后，同步触发24路激光触发气体开关L-S。系统中每一台中间储能电容I-S-C、Marx发生器、激光触发气体开关L-S和脉冲形成线forming line组合构成一台电子加速器，系统中共有24台相同的电子加速器。24路激光触发气体开关L-S导通后，24台相同的电子加速器同步工作，同步输出24路大电流脉冲。24路激光触发气体开关L-S的抖动极差小于5ns。背景技术一成功实现了24路激光触发气体开关的并联同步触发，但是每一路激光器输出的激光分束后，两路分束激光之间的光程差势必将影响两路激光触发气体开关的导通同步时间精度，并且系统子部件众多、附属设备和防护设备繁杂，各子部件的控制非常复杂；多路气体开关之间必然存在击穿导通的时间抖动，很难控制在ns量级甚至更低水平。

传统气体开关技术和液体开关技术并不符合脉冲功率调制技术的高重复频率和长使用寿命的发展需求。未来具有重要应用前景的开关技术是固态开关技术，包括大功率半导体开关(大功率晶闸管、绝缘栅型双极晶体管IGBT、金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)、光导开关和磁开关等技术。目前，大功率半导体开关凭借其优良性能，已经大量应用于脉冲功率调制技术领域。采用大功率半导体开关作为多路串联同步开关的研究报道，包括李洪涛，王传伟，王凌云等2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《500kV全固态Marx发生器》【李洪涛，王传伟，王凌云，等，“500kV全固态Marx发生器，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp:917-920】(下文称背景技术二)。背景技术二中500kV全固态重复频率Marx发生器主要由充电控制系统、脉冲功率系统(即主Marx发生器部分)、负载系统、总控及辅助系统四部分构成。充电控制系统由高压电源、中间能库及充电控制开关组成，完成市电电源向高压直流的转换。脉冲功率系统完成直流电能到高压脉冲能的转换，它由IGBT开关模块、储能及脉冲形成模块组成；IGBT开关模块完成电路切换和脉冲调制功能，它由8个3300V/1200A IGBT串联构成，设计工作电压为20kV、工作电流为1kA；IGBT开关模块还包括IGBT驱动板、IGBT驱动辅助电源系统、匀压电路等；储能及脉冲形成模块完成Marx发生器的能量储存及波形约束功能，该模块为由20nF电容器和0.1μH电感构成的18级脉冲形成网络（PFN）。500kV全固态Marx发生器由28个脉冲功率模块按照Z型线路结构串联连接组成。负载系统由电阻负载和油冷系统组成，用于消耗脉冲功率系统输出的脉冲电能；电阻负载采用200根6.25kΩ/150W金属膜固体电阻以每路50根并联4路串联的形式构成；油冷系统采用25#变压器油冷却。总控及辅助系统包括总控系统和由电参数检测系统、开关延迟触发系统和散热系统组成的辅助系统。在500kV全固态重复频率Marx发生器中，共计采用28×8=224个大功率IGBT开关组合来取代普通Marx发生器中的全部气体开关，并成功实现了全固态Marx发生器中28个IGBT开关模块的串联同步导通，使得28级全固态Marx发生器串联同步放电的建立时间(即28路IGBT开关模块导通的同步时间)小于10ns。

但是，由于目前国内外大功率半导体开关技术和工艺水平限制，单管大功率半导体开关的峰值电压、电流以及电流时间上升率还难以同时达到几十kV、几十kA和几十kA/μs量级以上，因此在几十kV至几百kV级高电压和几十kA级大电流领域，需要采用多管半导体开关串并联技术才能满足使用要求。背景技术二中，采用了224个大功率IGBT开关串并联的技术，对每个开关模块内各单管IGBT开关的均压和均流要求非常苛刻，并且保证各单管开关严格同步运行，同步精度需要控制在ns量级，且28个IGBT开关模块之间的串联同步导通时间误差要求小于10ns，该系统开关的同步控制难度非常之大；数量极大的大功率半导体开关的使用，导致全固态Marx发生器成本十分高昂，目前难以推广和实现商品化。还处于初步探索阶段的光导开关技术也是一类重要的固态开关技术，但其通态电阻大(几Ω至几十Ω量级)的问题始终是限制光导开关获得应用的主要技术问题。相较而言，磁开关的工作电压可从kV量级延伸至MV级，通流能力高达几十kA量级以上，脉冲前沿时间可降低至几十ns量级；磁开关技术是脉冲功率调制技术领域应用非常广泛的一类固态开关技术。

可饱和脉冲变压器是一种利用其磁芯非饱和态到饱和态的转化，实现变压器变压功能到磁开关饱和导通功能的转化，进而在一种器件上同时实现变压器和磁开关两种独立元件功能的脉冲功率器件，使系统磁芯用量、重量、体积和造价大幅度减小。可饱和脉冲变压器将脉冲功率调制技术中最为关键的脉冲变压器和磁开关技术集于一身，符合高功率、高重复运行频率、固态化和长使用寿命的发展要求，具有应用于多路同步磁开关控制领域的潜能，较传统脉冲功率调制器系统中分立变压器和分立磁开关的布局具有非常明显的优势。可饱和脉冲变压器绕组结构主要包括线绕式绕组结构和同轴导体绕组结构等。

目前，已有的关于普通线绕式可饱和脉冲变压器的相关技术报道，包括张东东、周媛等2011年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《绝缘体与电绝缘汇刊》(IEEETransactions on Dielectrics and Electrical Insulation)上发表的论文《一种基于磁脉冲压缩系统的紧凑型高重复频率纳秒脉冲发生器》【D.-D.Zhang,Y.Zhou,J.Wang and P.Yan,“Acompact,high repetition-rate,nanosecond pulse generator based on magnetic pulse compressionsystem,”IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2011,Vol.18,No.4,pp.1151-1157】；A.Pokryvailo，Y.Yankelevich和M.Wolf等人2004年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《等离子体科学汇刊》(IEEE Transactions on Plasma Science)上发表的论文《一种应用于污水控制的高功率脉冲电晕装置》【A.Pokryvailo,Y.Yankelevich andM.Wolf，“A high-power pulsed corona source for pollution control applications,”IEEETransactions on Plasma Science,2004,Vol.32,No.5,pp.2045-2054】；M.Wolf，Y.Yankelevich和A.Pokryvailo等人2010年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《等离子体科学汇刊》(IEEE Transactions on Plasma Science)上发表的论文《对一种由脉冲压缩调制器驱动的等离子体流柱反应器的建模》【M.Wolf，Y.Yankelevich and A.Pokryvailo,“Modelingof a streamer plasma reactor energized by a pulse compression modulator,”IEEE Transactionson Plasma Science,2010,Vol.38,No.10,pp.2793-2798】。在这类技术报道中，普通线绕式可饱和脉冲变压器由线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2、磁芯MC和磁芯绝缘外壳IC组成(下文简称背景技术三)。磁芯MC可由多块磁环堆叠而成，磁芯MC整体内嵌入磁芯绝缘外壳IC的环形槽中。线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均同时紧绕在磁芯绝缘外壳IC上；线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均包围了磁芯MC整体；线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均分别由单一的线绕式绕组组成。磁芯MC非饱和时，普通线绕式可饱和脉冲变压器工作在变压器模式，外部脉冲电流流过线绕式初级绕组W1产生感应磁场，经磁芯MC导引，磁场全部穿过线绕式次级绕组W2，实现变压器磁场耦合，感应磁场在线绕式次级绕组W2上产生感生电流和感应电压，进而向外部与线绕式次级绕组W2高压端相连的电容器等输出几十kV级电压脉冲。当磁芯MC所承受的伏秒积达到其额定值时，磁芯MC瞬间饱和，普通线绕式可饱和脉冲变压器瞬间转入到磁开关工作模式，线绕式次级绕组W2作为磁开关MS饱和导通，与线绕式次级绕组W2高压端相连的电容将反向向线绕式次级绕组W2放电，并向后级输出脉宽为百ns级、电压为几十kV级的电压脉冲。

在背景技术三所示的该类普通线绕式可饱和脉冲变压器技术方案中，可饱和脉冲变压器次级绕组仅作为电容器向负载放电前的极性反转开关而并非主开关，系统对可饱和脉冲变压器的磁开关性能(特别是降低次级绕组饱和电感，获取较快的放电脉冲前沿)要求并不高；为了获取大于10倍的升压倍数，普通线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组的匝数可大于10匝，从而导致次级绕组饱和电感高达μH甚至几十μH量级，电容器放电前的极性反转周期被大大延长。为了与可饱和脉冲变压器次级绕组主导的电容器极性反转过程高度匹配，该类技术方案必须采用额外独立的磁开关作为真正意义上的电容器放电主开关，即作为磁开关的可饱和脉冲变压器次级绕组所控制的电容器极性反转过程刚刚结束时，额外独立的磁开关必须立即导通，极性反转完毕的电容器通过额外独立的磁开关向负载放电，形成高电压脉冲输出。显然，研究人员并未从根本上有效解决普通线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感大的问题，采用额外独立的磁开关来配合可饱和脉冲变压器的磁开关功能实属无奈之举，因为这将弱化可饱和脉冲变压器自身的磁开关功能，增加了系统的复杂度。更为重要的是，单一的次级绕组结构只能作为一路磁开关，不能作为多路同步磁开关应用于控制多路脉冲的同步输出。

在相同绕组匝数条件下，具有同轴导体绕组结构的可饱和脉冲变压器具有很小的绕组饱和电感，其对应的磁开关性能最为优越。申请号为201218004020.8的国防专利“具有同轴导体结构的高电压可饱和脉冲变压器”，给出了一种用作高电压脉冲形成线主开关的、具有同轴导体结构的可饱和脉冲变压器，由变压器内芯、变压器初级绕组部分和变压器次级绕组部分组成。变压器内芯由多组分组的磁环堆叠而成，采用绝缘支撑板和夹板对磁环进行固定。变压器初级绕组部分采用多路子绕组分组并联的技术，多路分组并联的初级子绕组分别紧绕在分组的磁环上。变压器次级绕组采用多个同轴结构的金属圆筒层层嵌套的结构，从内到外层层包裹所有的磁环。申请号为201218004020.8的国防专利主要是通过采用初级绕组分组并联的技术降低变压器初级绕组整体的有效匝数，其实施方式在可饱和脉冲变压器次级绕组匝数仅为3匝的条件下，实现了9倍的升压倍数；并且采用3匝同轴导体绕组结构的次级绕组作为百kV级磁开关，成功将次级绕组饱和电感降低到300nH左右，有效地解决了相同几何尺寸和绕组匝数条件下，普通线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感难以降低到1μH以下的技术难题。具有同轴导体结构的可饱和脉冲变压器在几百kV级高电压领域，具有绝缘性能好、饱和电感小、绕组饱和导通时间短等特点，其作为高电压脉冲形成线主开关使用时具有不可替代的优势。但是，同轴导体结构绕组的连接关系非常复杂，使得绕组匝数不易太多，导致变压器升压倍数难以进一步提高；磁环数目越多，同轴导体结构绕组的体积明显增大，绕组的制作成本较高；且同轴导体绕组之间存在一定大小的匝间分布电容和对地分布电容，将对可饱和脉冲变压器的高频响应和脉冲响应特性造成一定的不利影响；同轴导体结构的次级绕组仍然为单一次级绕组结构，不宜作为多路同步磁开关应用于控制多路脉冲的同步输出。

综合比较而言，虽然普通的线绕式可饱和脉冲变压器绕组存在明显的不足：几百kV级高电压条件下绕组的绝缘性能稍差；为了兼顾绕组的磁开关功能，变压器次级绕组匝数较少，变压器升压倍数不高(<20倍)；且线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组的饱和电感难以降低到几百nH甚至更低的水平，从而导致其磁开关性能较差。但是线绕式可饱和脉冲变压器的绕组制作简单，维护方便，成本十分低廉；且线绕式绕组之间的匝间分布电容和对地分布电容远远小于同轴导体绕组的分布电容，对可饱和脉冲变压器的高频响应和脉冲响应特性几乎没有影响。因此，若能结合具有同轴导体结构的可饱和脉冲变压器的特点和优势，对普通线绕式可饱和脉冲变压器的结构和工作机制进行改进和创新，克服其升压倍数不高、次级绕组饱和电感大的缺陷，并用作多路同步磁开关控制多路高电压脉冲输出，在百kV级高电压应用领域，具有非常重大的意义。

目前，关于采用低饱和电感(<1μH)、高升压倍数(>25倍)的高电压(>40kV)可饱和脉冲变压器作为多路同步磁开关，控制多路高电压脉冲同步输出的研究尚未见报道。本发明鉴于目前普通线绕式可饱和脉冲变压器和具有同轴导体结构可饱和脉冲变压器的不足，结合具有同轴导体结构的可饱和脉冲变压器的结构特点和优势，采用多路线绕式绕组分组并联技术对普通线绕式可饱和脉冲变压器的结构和机理进行改进和创新，在确保可饱和脉冲变压器具备较高的升压倍数(>25倍)条件下大大降低其饱和电感，提供一种既可作为多路串联同步磁开关又可作为多路并联同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，利用变压器磁芯的自动饱和强制多路共磁芯的变压器次级绕组饱和导通，实现多路高电压脉冲同步输出的ns级自动化控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有同轴导体结构可饱和脉冲变压器中同轴导体结构复杂、体积庞大、同轴导体绕组匝数难以扩展等难题，以及现有普通线绕式可饱和脉冲变压器、同轴导体结构可饱和脉冲变压器不能作为多路同步脉冲变压器和多路同步磁开关的问题，采用多路线绕式绕组分组并联技术，在兼顾高升压倍数和低饱和电感特性的基础上，提供一种绕组结构简单、体积小巧、成本低廉、磁芯自动复位、可直接作为多路脉冲电容器或脉冲形成线ns级同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器。

本发明的技术方案是：

本发明由变压器内芯部分、变压器初级绕组部分和变压器次级绕组部分组成；其中，变压器初级绕组部分分组紧绕在变压器内芯部分分组的磁环上，变压器次级绕组部分由共磁芯的Q组（Q为正整数且Q为3的整数倍、1或2）次级绕组沿圆周方向排布而成，每一组次级绕组又由组内相邻的N路线绕式子绕组并联组成，N路线绕式子绕组共磁芯，均紧绕在全部M块(M≥1)磁环上。

本发明可饱和脉冲变压器的内芯部分关于变压器中心对称轴具有旋转对称性，由磁芯、磁芯隔板部分和内芯夹板部分组成；磁芯隔板部分位于磁芯的磁环之间，起隔离作用，内芯夹板部分位于磁芯的顶部和底部，用于对磁芯锁紧紧固。磁芯由M(M≥1)块相同尺寸的磁环堆叠组成，每块磁环采用铁基非晶或铁基纳米晶材料制成的薄带卷绕成圆环状，再用玻璃钢材料浇灌封装而成，每块磁环封装后的内半径为R_mi，外半径为R_mo(100mm<R_mi<R_mo），厚度为h_m1(20mm<h_m1<25mm)。M块磁环均分为m组(m为正整数，M为m的整数倍数)，从上至下依次为第一组磁环、…、第k组磁环(1≤k≤m)、…、第m组磁环；每组磁环均由M/m块磁环沿变压器中心对称轴方向堆叠组成，从上至下依次为第一块、…、第M/m块。

磁芯隔板部分由磁芯顶板、磁芯中间隔板和磁芯底板三部分组成，均采用绝缘材料制成。磁芯顶板位于第一组磁环顶端，磁芯中间隔板将m组磁环分别隔离开，磁芯底板位于第m组磁环的底部。磁芯顶板为圆环状板，内半径为R₁，外半径为R₂，厚度不超过10mm；磁芯顶板外侧壁边缘均布有3个磁芯顶板豁口，3个磁芯顶板豁口呈中心对称分布，半径均为R₀(R₀<25mm)，每个磁芯顶板豁口对应的圆心角度θ₀位于5°~15°，磁芯顶板豁口底部相对于变压器中心对称轴的距离为R_mo，满足R₀<R₁<R_mi<R_mo<R₂；3个磁芯顶板豁口中的一个豁口中心位于磁芯顶板俯视图的横轴上，且该豁口关于该横轴对称；磁芯顶板上表面的一象限内铣有磁芯顶板铣槽，槽宽不小于20mm，槽深度小于磁芯顶板的厚度，铣槽沿径向延伸，槽中心线与磁芯顶板俯视图横轴夹角为θ₁(15°<θ₁<50°)。磁芯顶板上表面与内芯顶盖压紧，磁芯顶板下表面与第一组磁环顶部压紧。磁芯中间隔板共分成相同的m-1组，从上到下依次为第一组隔板、…、第k组隔板、…、第m-1组隔板；每一组隔板均由磁芯隔板上板和磁芯隔板下板组成，磁芯隔板上板位于磁芯隔板下板上面，二者重叠在一起。磁芯隔板上板的形状和半径尺寸与磁芯顶板相同，磁芯隔板上板厚度不大于2mm；磁芯隔板上板外侧壁边缘挖有3个磁芯隔板上板豁口，呈中心对称分布，3个磁芯隔板上板豁口半径亦均为R₀，对应圆心角度亦为θ₀，3个磁芯隔板上板豁口的位置与3个磁芯顶板豁口完全相同；每一组隔板中的磁芯隔板上板上表面均与磁环压紧，下表面与磁芯隔板下板的上表面压紧。磁芯隔板下板形状和尺寸与磁芯顶板相同，但磁芯隔板下板的上表面一象限内铣有两个槽，即隔板下板第一铣槽和隔板下板第二铣槽；隔板下板第一铣槽与磁芯顶板铣槽的结构、尺寸和位置完全相同，隔板下板第二铣槽中心线与磁芯隔板下板上表面的横轴方向夹角为θ₂，θ₂≤30°，隔板下板第二铣槽几何尺寸与隔板下板第一铣槽尺寸完全相同。磁芯隔板下板外侧壁边缘挖有3个中心对称的磁芯隔板下板豁口，磁芯隔板下板豁口尺寸和位置与磁芯顶板豁口完全相同。每组隔板的磁芯隔板下板下表面均与磁环压紧。m-1组隔板与m组磁环的连接关系如下：第一组磁环底部与第一组隔板中的磁芯隔板上板上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板上板下表面与第一组隔板中的磁芯隔板下板上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板下板下表面与第二组磁环顶部压紧；……；第k组磁环底部与第k组隔板中的磁芯隔板上板上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板上板下表面与第k组隔板中的磁芯隔板下板上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板下板下表面与第k+1组磁环顶部压紧；……；第m组磁环底部与磁芯底板顶部压紧。磁芯底板形状和尺寸与磁芯顶板相同，但是磁芯底板下表面的磁芯底板铣槽中心线与隔板下板第二铣槽的中心线平行且在变压器垂直方向对齐，磁芯底板铣槽尺寸与磁芯顶板铣槽和隔板下板第二铣槽的尺寸相同。磁芯底板外侧壁边缘挖有磁芯底板豁口，磁芯底板豁口的尺寸、数目和位置与磁芯顶板豁口的尺寸、数目和位置分别相同。磁芯底板下表面与内芯底板上表面压紧。安装时应确保3个磁芯顶板豁口、3个磁芯隔板上板豁口、3个磁芯隔板下板豁口、3个磁芯底板豁口分别在3条直线上对齐。

内芯夹板部分由内芯顶盖、内芯底板、内芯底板支脚、固定连杆组成，均采用绝缘材料。本发明采用固定连杆在圆周方向均匀分布的模式对内芯夹板部分进行锁紧；为了使内芯夹板部分牢固连接，并且使固定连杆数目最少、在圆周方向占据的空间最小，本发明采用3根固定连杆均匀分布并紧锁内芯夹板部分的方式。内芯底板为圆环板结构，内半径为R₁，外半径为R₃，满足R₁<R_mi<R_mo<R₂<R₃，厚度不小于15mm；内芯底板上表面铣有3个呈扇形、在圆周方向均布的内芯底板扇形铣槽，内芯底板扇形铣槽对应的扇形圆心角均为Ψ₁，槽深不大于10mm，铣槽沿径向贯穿内芯底板外缘和内缘，由于铣槽加工而在内芯底板上表面出现3个相同且均布的扇形凸台即内芯底板扇形凸台，与3个内芯底板扇形铣槽相间交替分布，每个内芯底板扇形凸台圆心角均为Ψ₂，满足Ψ₁+Ψ₂=90°；内芯底板下表面与3个内芯底板扇形凸台相对的位置分别均布3个内芯底板螺孔，与3个内芯底板支脚拧紧配合；3个内芯底板扇形凸台的外边缘各开有1个内芯底板通孔，3个内芯底板通孔在圆周方向均布，通孔半径均为R₄，每个内芯底板通孔的中心与变压器中心对称轴的距离为R_mo+R₄。内芯顶盖的结构与内芯底板的结构相同，亦为圆环板结构，内芯顶盖的仰视图即为内芯底板的俯视图；内芯顶盖内半径为R₁，外半径为R₃，厚度不小于15mm；在圆周方向，内芯顶盖下表面在与内芯底板相对的位置同样铣有3个均布的内芯顶盖扇形铣槽，槽深不大于10mm，铣槽亦沿径向贯穿内芯顶盖外缘和内缘，内芯顶盖扇形铣槽对应的扇形中心角均为Ψ₁，内芯顶盖下表面由于铣槽而出现的3个相同且均布的内芯顶盖扇形凸台圆心角均为Ψ₂；内芯顶盖扇形凸台上与3个内芯底板通孔在垂直方向上正对的位置，亦均布有3个内芯顶盖通孔，通孔半径均为R₄。固定连杆是3根半径为R₄的圆柱体，其两端均有螺纹，3根固定连杆的长度长于所有磁环厚度、磁芯隔板部分总厚度、内芯顶盖厚度与内芯底板厚度之和；固定连杆紧靠对齐的磁芯顶板豁口、磁芯隔板上板豁口、磁芯隔板下板豁口和磁芯底板豁口，固定连杆上端穿过3个内芯顶盖通孔，由连杆螺帽锁紧，固定连杆下端穿过3个内芯底板通孔，由连杆螺帽锁紧。

本发明中变压器初级绕组部分由第一路初级子绕组、……、第k路(1≤k≤m，k为整数)初级子绕组、……、第m路初级子绕组组成；第k路初级子绕组绕线的外部输入端为第k路初级子绕组输入端，第k路初级子绕组绕线的外部输出端为第k路初级子绕组输出端。第一路初级子绕组输入端、……、第k路初级子绕组输入端、……、第m路初级子绕组输入端全部并联焊接在输入端并联导线上，输入端并联导线宽度和厚度与每一路初级子绕组绕线整体的宽度和厚度相同，输入端并联导线下端焊接在输入端引出导线上并向外引出，作为初级绕组整体输入端，输入端引出导线宽度和厚度与输入端并联导线相同，初级绕组整体输入端与外部初级能源相连；每一路初级子绕组均为单匝，可由m₁(m₁为正整数，m₁≥1)根直径均为Φ_p的漆包线并联绕制而成，满足m₁×Φ_p小于磁芯顶板铣槽槽宽，亦可由宽度和厚度均不大于磁芯顶板铣槽槽宽和槽深的铜带绕制而成。第一路初级子绕组由第一路初级子绕组输入端引入，穿入磁芯顶板铣槽，从里面包围第一组磁环，再穿入第一组隔板中的隔板下板第二铣槽，由第一路初级子绕组输出端引出；……；第k路初级子绕组由第k路初级子绕组输入端引入，穿入第k-1组隔板中的隔板下板第一铣槽，从里面包围第k组磁环后，再穿入第k组隔板中的隔板下板第二铣槽，初级绕线从该铣槽穿出后由第k路初级子绕组输出端引出；……；按照相同的规律，一直到第m路初级子绕组由第m路初级子绕组输入端引入，穿入第m-1组隔板中的隔板下板第一铣槽，从里面包围第m组磁环后，再穿入磁芯底板铣槽，初级绕线从该铣槽穿出后由第m路初级子绕组输出端引出。第一路初级子绕组输出端、……、第k路初级子绕组输出端、……、第m路初级子绕组输出端全部并联焊接在输出端并联导线上，输出端并联导线尺寸与输入端并联导线尺寸相同，输出端并联导线下端焊接在输出端引出导线上并向外引出，作为初级绕组整体输出端，输出端引出导线宽度和厚度与输出端并联导线相同，初级绕组整体输出端与外部地端相连。m路初级子绕组全部位于第1个内芯顶盖扇形铣槽和第1个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内。

本发明可饱和脉冲变压器次级绕组部分由第一组次级绕组、……、第s组次级绕组、……、第Q/3组次级绕组、第Q/3+1组次级绕组、……、第Q/3+s组次级绕组、……、第2Q/3组次级绕组、第2Q/3+1组次级绕组、……、第2Q/3+s组次级绕组、第Q组次级绕组组成，共计Q组次级绕组，此时Q为3的正整数倍，s为整数，且1≤s≤Q/3；Q组次级绕组完全相同。由于内芯顶盖和内芯底板均分别铣有3个在圆周方向均布的内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽，第一组次级绕组、……、第s组次级绕组、……、第Q/3组次级绕组刚好位于第一个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第Q/3+1组次级绕组、……、第Q/3+s组次级绕组、……、第2Q/3组次级绕组刚好位于第二个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第2Q/3+1组次级绕组、……、第2Q/3+s组次级绕组、第Q组次级绕组刚好位于第三个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布。这Q组次级绕组分别穿过3个内芯顶盖扇形铣槽和3个内芯底板扇形铣槽对应的区域，并包围全部磁芯。每一组次级绕组相同，均包含N路(N为正整数)并联的线绕式次级子绕组；每一组次级绕组所占据的扇形空间的圆心角均为Ψ₃，0<Ψ₃≤3Ψ₁/Q。每一组次级绕组内的N路线绕式子绕组共磁芯，且N路线绕式子绕组相互紧挨，并沿圆周方向依次排列；而所有的Q组次级绕组亦依次沿圆周方向排列分布。

第一组次级绕组由完全相同的N路线绕式次级子绕组组成，即第一组次级绕组中第一路子绕组、……、第一组次级绕组中第n路(1≤n≤N，且n为正整数)子绕组、……、第一组次级绕组中第N路子绕组；每一路次级子绕组绕线匝数为N_s，绕线均为直径为Φ_s的金属导线，Φ_s不大于内芯底板扇形铣槽和内芯顶盖扇形铣槽的深度，且N_sΦ_s≤R₁×Ψ₃/N(其中R₁为磁芯顶板的内半径)。第一组次级绕组中第一路子绕组由直径为Φ_s的金属导线从第一个内芯底板扇形铣槽的槽边缘沿径向向内穿入内芯底板扇形铣槽，金属导线穿出内芯底板扇形铣槽后沿所有磁环内壁向上，再从内芯顶盖扇形铣槽中沿径向向外穿出，沿所有磁环外壁向下再次到达内芯底板扇形铣槽处，完成第1匝绕线的布线；按照此规律沿磁环圆周逆时针方向共密绕N_s匝绕线，完成第一组次级绕组中第一路子绕组的布线；第一组次级绕组中第一路子绕组高压输出端由螺杆穿过内芯顶盖外边缘，拧在第1个次级绕组高压极连接片上，次级绕组高压极连接片共有Q个，均为厚度不超过2mm、宽度不小于20mm的金属片，每个次级绕组高压极连接片的长度<2πR₃(其中R₃为内芯顶盖的外半径)，次级绕组高压极连接片与内芯顶盖上表面紧贴、且位于内芯顶盖上表面外边缘；第一组次级绕组中第一路子绕组低压端由螺杆穿过内芯底板外边缘，拧在第1个次级绕组低压极连接片上，次级绕组低压极连接片共有Q个，次级绕组低压极连接片的形状、几何尺寸与次级绕组高压极连接片完全相同，次级绕组低压极连接片与内芯底板下表面紧贴、且位于内芯底板下表面外边缘。第一组次级绕组中第二路子绕组、……、第一组次级绕组中第n路子绕组、……、第一组次级绕组中第N路子绕组，均完全按照第一组次级绕组中第一路子绕组的绕线分布方式，紧靠着第一组次级绕组中与各自相邻的其它路子绕组，沿磁环圆周逆时针方向依次绕制；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组高压输出端全部由螺杆拧在第1个次级绕组高压极连接片上；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组低压端全部由螺杆拧在第1个次级绕组低压极连接片上。每一组次级绕组中的全部子绕组高压输出端均同时连接在同一个次级绕组高压极连接片上，每一组次级绕组中的全部子绕组低压端均同时连接在同一个次级绕组低压极连接片上；Q组沿磁环圆周方向依次分布的次级绕组，将分别对应亦沿圆周方向均布的Q个次级绕组高压极连接片和Q个次级绕组低压极连接片。第s组次级绕组的N路N_s匝次级子绕组和第一组次级绕组的N路N_s匝次级子绕组的绕线材料、结构、绕线方式完全相同；完全按照第一组次级绕组的分布规律，在第一个内芯顶盖扇形铣槽和第一个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，紧挨着第一组次级绕组沿磁环圆周逆时针方向依次完成第二组次级绕组、……、第s组次级绕组、……、第Q/3组次级绕组的布线。

完全按照第一组次级绕组、……、第s组次级绕组、……、第Q/3组次级绕组的布线方式，在第二个内芯顶盖扇形铣槽和第二个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第Q/3+1组次级绕组、……、第Q/3+s组次级绕组、……、第2Q/3组次级绕组的布线；完全按照第一组次级绕组、……、第s组次级绕组、……、第Q/3组次级绕组的布线方式，在第三个内芯顶盖扇形铣槽和第三个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第2Q/3+1组次级绕组、……、第2Q/3+s组次级绕组、第Q组次级绕组的布线。

特别地，当Q=1时，可饱和脉冲变压器仅有1组次级绕组，而该次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，次级绕组高压极连接片和次级绕组低压极连接片的数目均为1个，所有的N路次级子绕组沿磁环圆周方向均匀排布，且同时并联在同一个次级绕组高压极连接片和次级绕组低压极连接片上。为了实现次级绕组中N路次级子绕组最佳的轴对称效果，以获得最低的次级绕组饱和电感，本发明实施方式要求当Q=1时，N必须为3的正整数倍；3个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内共均分N路次级子绕组，每个扇形区域内均分N/3路次级子绕组。该情形下，可饱和脉冲变压器的线绕式次级绕组具有类似于同轴导体的结构特征，可饱和脉冲变压器的饱和电感将遵循同轴导体绕组低饱和电感的分布规律，从而使本发明可饱和脉冲变压器获得最小的次级绕组饱和电感。

当Q＝2时，可饱和脉冲变压器仅有2组次级绕组，不能均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内。为了获得变压器初级绕组和次级绕组之间的最佳绝缘效果，第1个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内(分布有初级绕组)没有次级绕组分布；第一组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第二个内芯顶盖扇形铣槽和第二个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内，组内N路次级子绕组结构、分布和连接关系保持不变；第二组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第三个内芯顶盖扇形铣槽和第三个内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域内，组内N路次级子绕组结构、分布和连接关系保持不变。

当Q>3，且Q不为3的正整数倍时，Q组次级绕组不能均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，在几何结构上不能实现Q组次级绕组的轴对称性和中心对称性，不能实现变压器次级绕组均压和绝缘的最佳效果，本发明不采纳这种实施方式。

正是由于每组次级绕组的N路子绕组沿圆周方向分组并联且均匀分布，每组次级绕组整体的饱和电感较普通线绕式可饱和脉冲变压器中唯一的1路子绕组饱和电感而言，可近似按N倍降低，N越大，每组次级绕组整体的饱和电感越低；因此本发明中采用多路相同的线绕式子绕组沿圆周方向均匀排列分布的并联式结构，具有低饱和电感特性。考虑到本发明中可饱和脉冲变压器初级绕组采用了绕组分组并联结构，本发明可饱和脉冲变压器升压比为(1/m):N_s=1:m×N_s，较初级绕组为单匝、次级绕组为N_s匝的1：N_s普通可饱和脉冲变压器而言，本发明可饱和脉冲变压器将升压倍数由N_s倍提高为m×N_s倍，且当m＝M时本发明可饱和脉冲变压器最大升压倍数将达M×N_s倍，并且Q组独立的变压器次级绕组对应Q个独立同步的1:m×N_s可饱和脉冲变压器；与相同变比的同轴导体结构可饱和脉冲变压器相比，本发明可饱和脉冲变压器次级绕组结构大大简化，次级绕组体积和成本大大降低，维护更加方便。此外，本发明可饱和脉冲变压器具有作为多路同步磁开关的巨大优势，并且同步精度可达ns级：Q=1时，本发明可饱和脉冲变压器具有最低的次级绕组饱和电感，适合作为高电压脉冲形成线的主开关，并且可以作为多路Blumlein脉冲形成线公共主开关，控制多路Blumlein脉冲形成线同步输出多路高电压脉冲；Q>1时，本发明可饱和脉冲变压器实为Q路共磁芯的同步磁开关，既可作为多路并联脉冲形成线的多路并联同步磁开关，亦可作为Q级全固态Marx发生器中Q级串联同步磁开关。

本发明的工作原理为：线绕式绕组多路并联结构的可饱和脉冲变压器工作前，包含M块磁环的磁芯先被复位到其磁滞回线的负饱和状态。利用外部提供的初级能源，输出1~30kV的充电电压脉冲，施加在变压器初级绕组整体输入端，充电电流流入变压器初级绕组整体输入端，再均分为m路，并经m路并联的单匝变压器初级子绕组之后，汇合到变压器初级绕组整体输出端，最后流向地端。由于变压器初级绕组由m路单匝的变压器初级子绕组并联而成，变压器初级绕组整体匝数实为1/m匝。当充电电流流经变压器初级绕组的m路并联子绕组时，产生沿磁环圆周方向的感应磁场几乎完全沿着磁芯的磁径行走，漏磁非常小。Q组共计Q×N路的变压器次级子绕组同时包围全部磁环，沿磁径行走的初级绕组电流感应磁场同时也穿过线绕式变压器全部次级子绕组，实现变压器初、次级绕组之间的磁场耦合，Q组组内并联结构的次级绕组上同步感应出次级电流；Q组变压器次级绕组同步升压m×N_s倍后，分别经Q组次级绕组顶部的Q个高压极连接片同步输出Q路几十kV~百kV级的高电压脉冲，对Q路脉冲形成线或电容器充电。当变压器初级输入的充电电压与充电时间积分值达到变压器磁芯额定的最大伏秒积(voltage-secondproduct)时，磁芯瞬间饱和，磁芯的相对磁导率也瞬间降低到接近1的水平，磁芯几乎完全丧失导磁能力，变压器初级绕组电流的磁力线不再沿磁径方向行走，从而使得初、次级绕组之间的磁场耦合效应不复存在。因磁芯饱和，Q组变压器次级绕组的饱和电感瞬间由几十至上百μH降低到几百nH级，Q组变压器次级绕组被强制同步导通，Q路脉冲形成线或电容立即通过与其对应的Q个高压极连接片，以与充电电流相反的方向，独立并同步向Q组变压器次级绕组放电到地端，输出Q路并联的高电压脉冲。组内多路并联结构的Q组变压器次级绕组，在磁芯饱和后即充当Q路独立的同步磁开关，分别独立控制Q路脉冲电容器的放电过程。

与现有技术相比，采用本发明可达到以下技术效果：

(1)本发明采用m路初级子绕组分别包围m组磁环的并联结构，在初级子绕组为单匝、次级子绕组匝数同为N_s匝的前提下，将普通线绕式可饱和脉冲变压器的升压倍数由N_s倍提高至m×N_s倍；当本发明中初级子绕组并联路数m与磁环数目M相同时，本发明可饱和脉冲变压器的升压倍数达到最高的M×N_s倍。

(2)本发明中变压器次级绕组分Q组独立均匀分布在磁环圆周方向，可同时实现Q个1：m×N_s的脉冲变压器同步升压的功能。

(3)本发明的Q组次级绕组中，每一组次级绕组采用组内分成N路次级子绕组并联的结构，将同匝数的普通线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感近似按N倍降低，每一组次级绕组中子绕组并联路数N越大，本发明的可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感越低，由该组次级绕组兼作的磁开关导通速度越快，形成的放电脉冲前沿时间越短。与相同匝数的同轴导体结构的可饱和脉冲变压器相比，本发明具有次级绕组结构大大简化、绕组体积和成本大大降低、维护简单方便等优势，更易于装置的批量生产和商品化。

(4)本发明中变压器次级绕组分Q组独立均匀分布在磁环圆周方向，磁芯饱和后，Q组独立的变压器次级绕组将作为Q路独立的磁开关同步饱和导通，通过适当的外部电路连接，Q组变压器次级绕组既可作为Q路并联同步磁开关，控制Q路并联的高电压脉冲输出回路，亦可作为Q路串联同步磁开关，控制Q路串联的高电压脉冲输出回路，如Q级全固态Marx发生器串联放电回路。

附图说明

图1为背景技术所述何安、任济、丰树平等人2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《Z箍缩初级实验平台的激光触发系统》【何安，任济，丰树平，等，“Z箍缩初级实验平台的激光触发系统，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp:839-842】中，采用的12台激光器同步触发24路气体开关的控制框图(背景技术一)；

图2为背景技术所述李洪涛，王传伟，王凌云等2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《500kV全固态Marx发生器》【李洪涛，王传伟，王凌云，等，“500kV全固态Marx发生器，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp.917-920】中，500kV全固态Marx发生器总体结构框图(背景技术二)；

图3为背景技术所述A.Pokryvailo，Y.Yankelevich和M.Wolf等人2004年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《等离子体科学汇刊》(IEEE Transactions on PlasmaScience)上发表的论文《一种应用于污水控制的高功率脉冲电晕装置》【A.Pokryvailo,Y.Yankelevich and M.Wolf，“A high-power pulsed corona source for pollution controlapplications,”IEEE Transactions on Plasma Science,2004,Vol.32,No.5,pp.2045-2054】中，采用的普通线绕式可饱和脉冲变压器结构示意图(背景技术三)；

图4为本发明可饱和脉冲变压器主视结构图；

图5a为本发明可饱和脉冲变压器内芯部分主视结构图；

图5b为本发明可饱和脉冲变压器内芯部分中磁芯顶板的俯视结构图；

图5c为本发明可饱和脉冲变压器内芯部分中内芯底板的主视结构图。

图6为本发明中可饱和脉冲变压器初级绕组部分主视结构图；

图7为本发明中可饱和脉冲变压器次级绕组部分主视结构图；

图4中的标号说明如下：

1变压器中心对称轴、2磁芯、3内芯顶盖、4内芯底板、5内芯底板支脚、6固定连杆、7磁芯顶板、8磁芯隔板上板、9磁芯隔板下板、10磁芯底板、11次级绕组高压极连接片、12次级绕组低压极连接片、P变压器初级绕组部分、S₁第一组次级绕组、S_s第s组次级绕组、S_(Q/3)第(Q/3)组次级绕组、S_(Q/3+1)第(Q/3+1)组次级绕组、S_(Q/3+s)第(Q/3+s)组次级绕组、S_(2Q/3)第(2Q/3)组次级绕组、S_(2Q/3+1)第(2Q/3+1)组次级绕组、S_(2Q/3+s)第(2Q/3+s)组次级绕组、S_Q第Q组次级绕组、S₁₁第一组次级绕组中第一路子绕组、S_1s第一组次级绕组中第s路子绕组、S_1N第一组次级绕组中第N路子绕组、S_s1第s组次级绕组中第一路子绕组、S_sn第s组次级绕组中第n路子绕组、S_sN第s组次级绕组中第N路子绕组、S_(Q/3)1第Q/3组次级绕组中第一路子绕组、S_(Q/3)N第Q/3组次级绕组中第N路子绕组。

图5a中的标号说明如下：

标号1-10与图4中的标号说明完全相同，3-1内芯顶板扇形铣槽、3-2内芯顶板扇形凸台、内芯顶板通孔3-3、4-1内芯底板扇形铣槽、4-2内芯底板扇形凸台、内芯底板通孔4-3、8-1磁芯隔板上板豁口、9-1隔板下板第一铣槽、9-2隔板下板第二铣槽、9-3磁芯隔板下板豁口、10-1磁芯底板铣槽、10-2磁芯底板豁口。

图6中的标号说明如下：

P1第一路初级子绕组、P1-1第一路初级子绕组输入端、P1-2第一路初级子绕组输出端、Pk第k路初级子绕组、Pk-1第k路初级子绕组输入端、Pk-2第k路初级子绕组输出端、Pm第m路初级子绕组、Pm-1第m路初级子绕组输入端、Pm-2第m路初级子绕组输出端、Pa输入端并联导线、Pb输出端并联导线、Pc输入端引出导线、Pd输出端引出导线、P_in初级绕组整体输入端、P_out初级绕组整体输出端。

图7中的标号说明如下：

标号1、11、12、S₁、S_s、S_(Q/3)、S_(Q/3+1)、S_(Q/3+s)、S_(2Q/3)、S_(2Q/3+1)、S_(2Q/3+s)、S_Q、S₁₁、S_1s、S_1N、S_s1、S_sn、S_sN、S_(Q/3)1、S_(Q/3)N与图4中标号完全一致；S₁₁-1第一组次级绕组中第一路子绕组低压端、S₁₁-2第一组次级绕组中第一路子绕组高压输出端、S_1N-1第一组次级绕组中第N路子绕组低压端、S_1N-2第一组次级绕组中第N路子绕组高压输出端、S_(Q/3)n第Q/3组次级绕组中第n路子绕组、S_(Q/3+1)1第Q/3+1组次级绕组中第一路子绕组、S_(Q/3+1)n第Q/3+1组次级绕组中第n路子绕组、S_(Q/3+1)N第Q/3+1组次级绕组中第N路子绕组、S_(2Q/3)1第2Q/3组次级绕组中第一路子绕组、S_(2Q/3)n第2Q/3组次级绕组中第n路子绕组、S_(2Q/3)N第2Q/3组次级绕组中第N路子绕组、S_(2Q/3+1)1第2Q/3+1组次级绕组中第一路子绕组、S_(2Q/3+1)n第2Q/3+1组次级绕组中第n路子绕组、S_(2Q/3+1)N第2Q/3+1组次级绕组中第N路子绕组、S_Q1第Q组次级绕组中第一路子绕组、S_Qn第Q组次级绕组中第n路子绕组、S_QN第Q组次级绕组中第N路子绕组。

具体实施方式

图1为背景技术所述何安、任济、丰树平等人2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《Z箍缩初级实验平台的激光触发系统》【何安，任济，丰树平，等，“Z箍缩初级实验平台的激光触发系统，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp:839-842】中，给出的中国工程物理研究院Z箍缩装置(PTS装置)中采用的12台激光器同步触发24路气体开关的控制框图。PTS装置包括一台延时控制系统、两台12路精密延时同步机delaygenerator 1和delay generator 2、12台激光器laser 1-laser 12、12路半反半透分光镜S-B-M、12路全反射镜RM、24路激光触发气体开关L-S、24路中间储能电容I-S-C、24路Marx发生器、24路脉冲形成线forming line。在延时控制系统控制下，12路精密延时同步机delaygenerator 1同步控制12台激光器的氙灯，12路精密延时同步机delay generator 2同步触发12台激光器的Q开关，每台延时同步机的12路信号之间的同步时间误差小于1ns。具有抗电磁干扰能力的12台激光器同步输出12路激光，每一路激光均经过一路半反半透分光镜S-B-M将激光等分成两束，其中一束激光直接经该路半反半透分光镜S-B-M反射，用于触发一路激光触发气体开关L-S，而另一束分束激光经1路全反射镜RM反射，并用于触发另一路激光触发气体开关L-S；12台激光器同步输出的12路激光被12路半反半透分光镜S-B-M分束成相同的24束激光，经12路半反半透分光镜S-B-M和12路全反射镜RM反射后，同步触发24路激光触发气体开关L-S。系统中每一台中间储能电容I-S-C、Marx发生器、激光触发气体开关L-S和脉冲形成线forming line组合构成一台电子加速器，系统中共有24台相同的电子加速器。24路激光触发气体开关L-S导通后，24台相同的电子加速器同步工作，同步输出24路大电流脉冲。24路激光触发气体开关L-S的抖动极差小于5ns。

图2为背景技术所述李洪涛，王传伟，王凌云等2012年在《强激光与粒子束》上发表的论文《500kV全固态Marx发生器》【李洪涛，王传伟，王凌云，等，“500kV全固态Marx发生器，”强激光与粒子束，2012，Vol.24，No.4，pp.917-920】中，给出的500kV级全固态Marx发生器总体结构框图。500kV全固态重复频率Marx发生器主要由充电控制系统(charging system)、脉冲功率系统(Marx circuit)、负载系统(load)、总控(central controllingplatform)及辅助系统(peripheral system)四部分构成。充电控制系统由高压电源(HV pulsecharger)、中间能库及充电控制开关组成，完成市电电源向高压直流的转换。脉冲功率系统完成直流电能到高压脉冲能的转换，它由IGBT开关模块(IGBTs switching module)、储能及脉冲形成模块(energy storage and pulse forming module)组成；IGBT开关模块完成电路切换和脉冲调制功能，它由8个3300V/1200A IGBT串联构成，设计工作电压为20kV、工作电流为1kA；IGBT开关模块还包括IGBT驱动板、IGBT驱动辅助电源系统、匀压电路等；储能及脉冲形成模块完成Marx发生器的能量储存及波形约束功能，该模块为由20nF电容器和0.1μH电感构成的18级脉冲形成网络（PFN）。500kV全固态Marx发生器由28个脉冲功率模块按照Z型线路结构串联连接组成。负载系统由电阻负载和油冷系统组成，用于消耗脉冲功率系统输出的脉冲电能；电阻负载采用200根6.25kΩ/150W金属膜固体电阻以每路50根并联4路串联的形式构成；油冷系统采用25#变压器油冷却。总控及辅助系统包括总控系统(central controlling platform)和由电参数检测系统(detecting and measurement)、开关延迟触发系统(triggering and sychronization)和散热系统(heat management)组成的辅助系统。在500kV全固态重复频率Marx发生器中，共计采用28×8=224个大功率IGBT开关组合来取代普通Marx发生器中的全部气体开关，并成功实现了全固态Marx发生器中28个IGBT开关模块的同步导通，使得28级全固态Marx发生器串联放电的建立时间(即28路IGBT开关模块导通的同步时间)小于10ns。

图3为背景技术所述A.Pokryvailo，Y.Yankelevich和M.Wolf等人2004年在美国电气和电子工程师协会(IEEE)主办的期刊《等离子体科学汇刊》(IEEE Transactions on PlasmaScience)上发表的论文《一种应用于污水控制的高功率脉冲电晕装置》【A.Pokryvailo,Y.Yankelevich and M.Wolf，“A high-power pulsed corona source for pollution controlapplications,”IEEE Transactions on Plasma Science,2004,Vol.32,No.5,pp.2045-2054】中，采用的普通线绕式可饱和脉冲变压器结构示意图，该普通线绕式可饱和脉冲变压器由线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2、磁芯MC和磁芯绝缘外壳IC组成。磁芯MC可由多块磁环堆叠而成，磁芯MC整体内嵌入磁芯绝缘外壳IC的环形槽中。线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均同时紧绕在磁芯绝缘外壳IC上；线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均包围了磁芯MC整体；线绕式初级绕组W1、线绕式次级绕组W2均分别由单一的线绕式绕组组成。磁芯MC非饱和时，普通线绕式可饱和脉冲变压器工作在变压器模式，外部脉冲电流流过线绕式初级绕组W1产生感应磁场，经磁芯MC导引，磁场全部穿过线绕式次级绕组W2，实现变压器磁场耦合，感应磁场在线绕式次级绕组W2上产生感生电流和感应电压，进而向外部与线绕式次级绕组W2高压端相连的电容器等输出几十kV级电压脉冲。当磁芯MC所承受的伏秒积达到其额定值时，磁芯MC瞬间饱和，普通线绕式可饱和脉冲变压器瞬间转入到磁开关工作模式，线绕式次级绕组W2作为磁开关MS饱和导通，与线绕式次级绕组W2高压端相连的电容将反向向线绕式次级绕组W2放电，并向后级输出脉宽为百ns级、电压为几十kV级的电压脉冲。

图4为本发明可饱和脉冲变压器的主视结构图。可饱和脉冲变压器由变压器内芯部分、变压器初级绕组部分P和变压器次级绕组部分组成；其中，变压器初级绕组部分P分组紧绕在变压器内芯部分分组的磁环上，变压器次级绕组部分由共磁芯的Q组(Q为正整数且Q为3的整数倍、1或2)次级绕组沿圆周方向排布而成，每一组次级绕组又由组内相邻的N路(N为正整数)线绕式子绕组并联组成，N路线绕式子绕组共磁芯，均紧绕在M块(M为正整数)磁环上。

图5a为本发明可饱和脉冲变压器的内芯部分主视结构图。内芯部分关于变压器中心对称轴1具有旋转对称性，由磁芯2、磁芯隔板部分和内芯夹板部分组成；磁芯隔板部分位于磁芯2的磁环之间，起隔离作用，内芯夹板部分位于磁芯2的顶部和底部，用于对磁芯2锁紧紧固。磁芯2由M块相同尺寸的磁环堆叠组成，每块磁环采用铁基非晶或铁基纳米晶材料制成的薄带卷绕成圆环状，再用玻璃钢材料浇灌封装而成，每块磁环封装后的内半径为R_mi，外半径为R_mo(100mm<R_mi<R_mo），厚度为h_m1(20mm<h_m1<25mm)。M块磁环均分为m组(m为正整数，M为m的整数倍数)，从上至下依次为第一组磁环、…、第k组磁环(1≤k≤m)、…、第m组磁环；每组磁环均由M/m块磁环沿变压器中心对称轴1方向堆叠组成，从上至下依次为第一块、…、第M/m块。

磁芯隔板部分由磁芯顶板7、磁芯中间隔板和磁芯底板10三部分组成，均采用绝缘材料制成。图5b为磁芯顶板7的俯视结构图。磁芯顶板7位于第一组磁环顶端，磁芯中间隔板将m组磁环分别隔离开，磁芯底板10位于第m组磁环的底部。磁芯顶板7为圆环状板，内半径为R₁，外半径为R₂，厚度不超过10mm；磁芯顶板7外侧壁边缘均布有3个磁芯顶板豁口7-1，3个磁芯顶板豁口7-1呈中心对称分布，半径均为R₀(R₀<25mm)，每个磁芯顶板豁口7-1对应的圆心角度θ₀位于5°~15°，磁芯顶板豁口7-1底部相对于变压器中心对称轴1的距离为R_mo，满足R₀<R₁<R_mi<R_mo<R₂；3个磁芯顶板豁口7-1中的一个豁口中心位于磁芯顶板7俯视图的x轴上，且该豁口关于x轴对称；磁芯顶板7上表面的一象限内铣有磁芯顶板铣槽7-2，槽宽不小于20mm，槽深度小于磁芯顶板7的厚度，铣槽沿径向延伸，槽中心线与磁芯顶板7俯视图x轴夹角为θ₁(15°<θ₁<50°)。磁芯顶板7上表面与内芯顶盖3压紧，磁芯顶板7下表面与第一组磁环顶部压紧。磁芯中间隔板共分成相同的m-1组，从上到下依次为第一组隔板、…、第k组隔板、…、第m-1组隔板；每一组隔板均由磁芯隔板上板8和磁芯隔板下板9组成，磁芯隔板上板8位于磁芯隔板下板9上面，二者重叠在一起。磁芯隔板上板8的形状和半径尺寸与磁芯顶板7相同，磁芯隔板上板厚度不大于2mm；磁芯隔板上板外侧壁边缘挖有3个磁芯隔板上板豁口8-1（如图5a所示），呈中心对称分布，3个磁芯隔板上板豁口8-1半径亦均为R₀，对应圆心角度亦为θ₀，3个磁芯隔板上板豁口8-1的位置与3个磁芯顶板豁口7-1完全相同；每一组隔板中的磁芯隔板上板8上表面均与磁环压紧，下表面与磁芯隔板下板9的上表面压紧。磁芯隔板下板9形状和尺寸与磁芯顶板7相同，但磁芯隔板下板9的上表面一象限内铣有两个槽，即隔板下板第一铣槽9-1（如图5a所示）和隔板下板第二铣槽9-2（如图5a所示）；隔板下板第一铣槽9-1与磁芯顶板铣槽7-2的结构、尺寸和位置完全相同，隔板下板第二铣槽9-2中心线与磁芯隔板下板9上表面的y轴方向夹角为θ₂，θ₂≤30°，隔板下板第二铣槽9-2几何尺寸与隔板下板第一铣槽9-1尺寸完全相同。磁芯隔板下板外侧壁边缘挖有3个中心对称的磁芯隔板下板豁口9-3，磁芯隔板下板豁口9-3尺寸和位置与磁芯顶板豁口7-1完全相同。每组隔板的磁芯隔板下板9下表面均与磁环压紧。m-1组隔板与m组磁环的连接关系如下：第一组磁环底部与第一组隔板中的磁芯隔板上板8上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板上板8下表面与第一组隔板中的磁芯隔板下板9上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板下板9下表面与第二组磁环顶部压紧；……；第k组磁环底部与第k组隔板中的磁芯隔板上板8上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板上板8下表面与第k组隔板中的磁芯隔板下板9上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板下板9下表面与第k+1组磁环顶部压紧；……；第m组磁环底部与磁芯底板10顶部压紧。磁芯底板10形状和尺寸与磁芯顶板7相同，但是磁芯底板10下表面的磁芯底板铣槽10-1中心线与隔板下板第二铣槽9-2的中心线平行且在变压器垂直方向对齐，磁芯底板铣槽10-1尺寸与磁芯顶板铣槽7-2和隔板下板第二铣槽9-2的尺寸相同。磁芯底板10外侧壁边缘挖有磁芯底板豁口10-2，磁芯底板豁口10-2的尺寸、数目和位置与磁芯顶板豁口7-1的尺寸、数目和位置分别相同。磁芯底板10下表面与内芯底板4上表面压紧。安装时应确保3个磁芯顶板豁口7-1、3个磁芯隔板上板豁口8-1、3个磁芯隔板下板豁口9-3、3个磁芯底板豁口10-2分别在3条直线上对齐。

内芯夹板部分由内芯顶盖3、内芯底板4、内芯底板支脚5、固定连杆6组成，均采用绝缘材料。本发明采用固定连杆6在圆周方向均匀分布的模式对内芯夹板部分进行锁紧；为了使内芯夹板部分牢固连接，并且使固定连杆6数目最少、在圆周方向占据的空间最小，本发明采用3根固定连杆6均匀分布并紧锁内芯夹板部分的方式。图5c为内芯底板4的主视结构图，内芯底板4为圆环板结构，内半径为R₁，外半径为R₃，满足R₁<R_mi<R_mo<R₂<R₃，厚度不小于15mm；内芯底板4上表面铣有3个呈扇形、在圆周方向均布的内芯底板扇形铣槽4-1，内芯底板扇形铣槽4-1对应的扇形圆心角均为Ψ₁，槽深不大于10mm，铣槽沿径向贯穿内芯底板4外缘和内缘，由于铣槽加工而在内芯底板4上表面出现3个相同且均布的扇形凸台即内芯底板扇形凸台4-2，与3个内芯底板扇形铣槽4-1相间交替分布，每个内芯底板扇形凸台圆心角均为Ψ₂，满足Ψ₁+Ψ₂=90°；内芯底板4下表面与3个内芯底板扇形凸台4-2相对的位置分别均布3个内芯底板螺孔，与3个内芯底板支脚5拧紧配合；3个内芯底板扇形凸台4-2的外边缘各开有1个内芯底板通孔4-3，3个内芯底板通孔4-3在圆周方向均布，通孔半径均为R₄，每个内芯底板通孔4-3中心距变压器中心对称轴的距离为R_mo+R₄。内芯顶盖3的结构与内芯底板4的结构相同，亦为圆环板结构，内芯顶盖3的仰视图即为内芯底板4的俯视图；如图5a所示，内芯顶盖3内半径为R₁，外半径为R₃，厚度不小于15mm；在圆周方向，内芯顶盖3下表面在与内芯底板4相对的位置同样铣有3个均布的内芯顶盖扇形铣槽3-1，槽深不大于10mm，铣槽亦沿径向贯穿内芯顶盖3外缘和内缘，内芯顶盖扇形铣槽3-1对应的扇形中心角均为Ψ₁，内芯顶盖3下表面由于铣槽而出现的3个相同且均布的内芯顶盖扇形凸台3-2圆心角均为Ψ₂；内芯顶盖扇形凸台3-2上与3个内芯底板通孔4-3在垂直方向上正对的位置，亦均布有3个内芯顶盖通孔3-3，通孔半径均为R₄。固定连杆6是3根半径为R₄的圆柱体，其两端均有螺纹，3根固定连杆6的长度长于所有磁环厚度、磁芯隔板部分总厚度、内芯顶盖3厚度与内芯底板4厚度之和；固定连杆6紧靠对齐的磁芯顶板豁口7-1、磁芯隔板上板豁口8-1、磁芯隔板下板豁口9-3和磁芯底板豁口10-2，固定连杆6上端穿过3个内芯顶盖通孔3-3，由连杆螺帽锁紧，固定连杆6下端穿过3个内芯底板通孔4-3，由连杆螺帽锁紧。

图6为本发明可饱和脉冲变压器初级绕组部分P的主视结构图。变压器初级绕组部分P由第一路初级子绕组P1、……、第k路初级子绕组Pk、……、第m路初级子绕组Pm组成；第k路初级子绕组Pk绕线的外部输入端为第k路初级子绕组输入端Pk-1，第k路初级子绕组Pk绕线的外部输出端为第k路初级子绕组输出端Pk-2。第一路初级子绕组输入端P1-1、……、第k路初级子绕组输入端Pk-1、……、第m路初级子绕组输入端Pm-1全部并联焊接在输入端并联导线Pa上，输入端并联导线Pa宽度和厚度与每一路初级子绕组绕线整体的宽度和厚度相同，输入端并联导线Pa下端焊接在输入端引出导线Pc上，向外引出，作为初级绕组整体输入端P_in，输入端引出导线的厚度和宽度与输入端并联导线相同，初级绕组整体输入端P_in与外部初级能源相连；每一路初级子绕组均为单匝，可由m₁(m₁为正整数，m₁≥1)根直径均为Φ_p的漆包线并联绕制而成，满足m₁×Φ_p小于磁芯顶板铣槽7-2槽宽，亦可由宽度和厚度均不大于磁芯顶板铣槽7-2槽宽和槽深的铜带绕制而成。第一路初级子绕组P1由第一路初级子绕组输入端P1-1引入，穿入磁芯顶板铣槽7-2，从里面包围第一组磁环，再穿入第一组隔板中的隔板下板第二铣槽9-2，由第一路初级子绕组输出端P1-2引出；……；第k路初级子绕组Pk由第k路初级子绕组输入端Pk-1引入，穿入第k-1组隔板中的隔板下板第一铣槽9-1，从里面包围第k组磁环后，再穿入第k组隔板中的隔板下板第二铣槽9-2，初级绕线从该铣槽穿出后由第k路初级子绕组输出端Pk-2引出；……；按照相同的规律，一直到第m路初级子绕组Pm由第m路初级子绕组输入端Pm-1引入，穿入第m-1组隔板中的隔板下板第一铣槽9-1，从里面包围第m组磁环后，再穿入磁芯底板铣槽10-1，初级绕线从该铣槽穿出后由第m路初级子绕组输出端Pm-2引出。第一路初级子绕组输出端P1-2、……、第k路初级子绕组输出端Pk-2、……、第m路初级子绕组输出端Pm-2全部并联焊接在输出端并联导线Pb上，输出端并联导线Pb尺寸与输入端并联导线Pa尺寸相同，输出端并联导线Pb下端焊接在输出端引出导线Pd上并向外引出，作为初级绕组整体输出端P_out，输出端引出导线宽度和厚度与输出端并联导线相同，初级绕组整体输出端P_out与外部地端相连。m路初级子绕组全部位于第1个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第1个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内。

图7为本发明可饱和脉冲变压器次级绕组部分主视结构图。变压器次级绕组部分由第一组次级绕组S₁、……、第s组次级绕组S_s、……、第Q/3组次级绕组S_(Q/3)、第Q/3+1组次级绕组S_(Q/3+1)、……、第Q/3+s组次级绕组S_(Q/3+s)、……、第2Q/3组次级绕组S_(2Q/3)、第2Q/3+1组次级绕组S_(2Q/3+1)、……、第2Q/3+s组次级绕组S_(2Q/3+s)、第Q组次级绕组S_Q组成，共计Q组次级绕组，此时Q为3的正整数倍，s为整数，且1≤s≤Q/3；Q组次级绕组完全相同。由于内芯顶盖3和内芯底板4均分别铣有3个在圆周方向均布的内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1，第一组次级绕组S₁、……、第s组次级绕组S_s、……、第Q/3组次级绕组S_(Q/3)刚好位于第一个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第Q/3+1组次级绕组S_(Q/3+1)、……、第Q/3+s组次级绕组S_(Q/3+s)、……、第2Q/3组次级绕组S_(2Q/3)刚好位于第二个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第2Q/3+1组次级绕组S_(2Q/3+1)、……、第2Q/3+s组次级绕组S_(2Q/3+s)、第Q组次级绕组S_Q刚好位于第三个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布。这Q组次级绕组分别穿过3个内芯顶盖扇形铣槽3-1和3个内芯底板扇形铣槽4-1对应的区域，并包围全部磁芯。每一组次级绕组相同，均包含N路(N为正整数)并联的线绕式次级子绕组；每一组次级绕组所占据的扇形空间的圆心角均为Ψ₃，0<Ψ₃≤3Ψ₁/Q。每一组次级绕组内的N路线绕式子绕组共磁芯，且N路线绕式子绕组相互紧挨，并沿圆周方向依次排列；而所有的Q组次级绕组亦依次沿圆周方向排列分布。

第一组次级绕组S₁由完全相同的N路线绕式次级子绕组组成，即第一组次级绕组S₁中第一路子绕组S₁₁、……、第一组次级绕组中第n路(1≤n≤N，且n为正整数)子绕组S_1n、……、第一组次级绕组中第N路子绕组S_1N；每一路次级子绕组绕线匝数为N_s，绕线均为直径为Φ_s的金属导线，Φ_s不大于内芯底板扇形铣槽4-1和内芯顶盖扇形铣槽3-1的深度，且N_sΦ_s≤R₁×Ψ₃/N(其中R₁为磁芯顶板7的内半径)。第一组次级绕组中第一路子绕组S₁₁由直径为Φ_s的金属导线从第一个内芯底板扇形铣槽4-1的槽边缘沿径向向内穿入内芯底板扇形铣槽4-1，金属导线穿出内芯底板扇形铣槽4-1后沿所有磁环内壁向上，再从内芯顶盖扇形铣槽3-1中沿径向向外穿出，沿所有磁环外壁向下再次到达内芯底板扇形铣槽4-1处，完成第1匝绕线的布线；按照此规律沿磁环圆周逆时针方向共密绕N_s匝绕线，完成第一组次级绕组中第一路子绕组S₁₁的布线；第一组次级绕组中第一路子绕组高压输出端S₁₁-2由螺杆穿过内芯顶盖3外边缘，拧在第1个次级绕组高压极连接片11上，次级绕组高压极连接片11共有Q个，均为厚度不超过2mm、宽度不小于20mm的金属片，每个次级绕组高压极连接片11的长度<2πR₃(其中R₃为内芯顶盖3的外半径)，次级绕组高压极连接片11与内芯顶盖3上表面紧贴、且位于内芯顶盖3上表面外边缘；第一组次级绕组中第一路子绕组低压端S₁₁-1由螺杆穿过内芯底板4外边缘，拧在第1个次级绕组低压极连接片12上，次级绕组低压极连接片12共有Q个，次级绕组低压极连接片12的形状、几何尺寸与次级绕组高压极连接片11完全相同，次级绕组低压极连接片12与内芯底板4下表面紧贴、且位于内芯底板4下表面外边缘。第一组次级绕组中第二路子绕组S₁₂、……、第一组次级绕组中第n路子绕组S_1n、……、第一组次级绕组中第N路子绕组S_1N，均完全按照第一组次级绕组中第一路子绕组S₁₁的绕线分布方式，紧靠着第一组次级绕组中与各自相邻的其它路子绕组，沿磁环圆周逆时针方向依次绕制；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组高压输出端S₁₂-2、……、S_1N-2全部由螺杆拧在第1个次级绕组高压极连接片11上；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组低压端S₁₂-1、……、S_1N-1全部由螺杆拧在第1个次级绕组低压极连接片12上。每一组次级绕组中的全部子绕组高压输出端均同时连接在同一个次级绕组高压极连接片11上，每一组次级绕组中的全部子绕组低压端均同时连接在同一个次级绕组低压极连接片12上；Q组沿磁环圆周方向依次分布的次级绕组，将分别对应亦沿圆周方向均布的Q个次级绕组高压极连接片11和Q个次级绕组低压极连接片12。第s组次级绕组S_s的N路N_s匝次级子绕组和第一组次级绕组S₁的N路N_s匝次级子绕组的绕线材料、结构、绕线方式完全相同；完全按照第一组次级绕组S₁的分布规律，在第一个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第一个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角均为Ψ₁扇形区域内，紧挨着第一组次级绕组S₁沿磁环圆周逆时针方向依次完成第二组次级绕组S₂、……、第s组次级绕组S_s、……、第Q/3组次级绕组S_(Q/3)的布线。

完全按照第一组次级绕组S₁、……、第s组次级绕组S_s、......、第Q/3组次级绕组S_(Q/3)的布线方式，在第二个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第二个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第Q/3+1组次级绕组S_(Q/3+1)、……、第Q/3+s组次级绕组S_(Q/3+s)、……、第2Q/3组次级绕组S_(2Q/3)的布线；完全按照第一组次级绕组S₁、……、第s组次级绕组S_s、……、第Q/3组次级绕组S_(Q/3)的布线方式，在第三个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第三个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第2Q/3+1组次级绕组S_(2Q/3+1)、……、第2Q/3+s组次级绕组S_(2Q/3+s)、第Q组次级绕组S_Q的布线。

特别地，当Q=1时，可饱和脉冲变压器仅有1组次级绕组，而该次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，次级绕组高压极连接片11和次级绕组低压极连接片12的数目均为1个，所有的N路次级子绕组沿磁环圆周方向均匀排布，且同时并联在同一个次级绕组高压极连接片11和次级绕组低压极连接片12上。为了实现次级绕组中N路次级子绕组最佳的轴对称效果，以获得最低的次级绕组饱和电感，本发明实施方式要求当Q=1时，N必须为3的正整数倍；3个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1所对应的3个圆心角均为Ψ₁扇形区域内共均分N路次级子绕组，每个扇形区域内均分N/3路次级子绕组。该情形下，可饱和脉冲变压器的线绕式次级绕组具有类似于同轴导体的结构特征，可饱和脉冲变压器的饱和电感将遵循同轴导体绕组低饱和电感的分布规律，从而使本发明可饱和脉冲变压器获得最小的次级绕组饱和电感。

当Q＝2时，可饱和脉冲变压器仅有2组次级绕组，不能均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内。为了获得变压器初级绕组和次级绕组之间的最佳绝缘效果，第1个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内(分布有初级绕组)没有次级绕组分布；第一组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第二个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第二个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内，组内N路次级子绕组结构、分布和连接关系保持不变；第二组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第三个内芯顶盖扇形铣槽3-1和第三个内芯底板扇形铣槽4-1所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域内，组内N路次级子绕组结构、分布和连接关系保持不变。

当Q>3，且Q不为3的正整数倍时，Q组次级绕组不能均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽3-1和内芯底板扇形铣槽4-1所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，在几何结构上不能实现Q组次级绕组的轴对称性和中心对称性，不能实现变压器次级绕组均压和绝缘的最佳效果，本发明不采纳这种实施方式。

正是由于每组次级绕组的N路子绕组沿圆周方向分组并联且均匀分布，每组次级绕组整体的饱和电感较普通线绕式可饱和脉冲变压器中唯一的1路子绕组饱和电感而言，可近似按N倍降低，N越大，每组次级绕组整体的饱和电感越低；因此本发明中采用多路相同的线绕式子绕组沿圆周方向均匀排列分布的并联式结构，具有低饱和电感特性。考虑到本发明中可饱和脉冲变压器初级绕组采用了绕组分组并联结构，本发明可饱和脉冲变压器升压比为(1/m):N_s=1:m×N_s，较初级绕组为单匝、次级绕组为N_s匝的1：N_s普通可饱和脉冲变压器而言，本发明可饱和脉冲变压器将升压倍数由N_s倍提高为m×N_s倍，且当m＝M时本发明可饱和脉冲变压器最大升压倍数将达M×N_s倍，并且Q组独立的变压器次级绕组对应Q个独立同步的1:m×N_s可饱和脉冲变压器；与相同变比的同轴导体结构可饱和脉冲变压器相比，本发明可饱和脉冲变压器次级绕组结构大大简化，次级绕组体积和成本大大降低，维护更加方便。此外，本发明可饱和脉冲变压器具有作为多路同步磁开关的巨大优势，并且同步精度可达ns级：Q=1时，本发明可饱和脉冲变压器具有最低的次级绕组饱和电感，适合作为高电压脉冲形成线的主开关，并且可以作为多路Blumlein脉冲形成线公共主开关，控制多路Blumlein脉冲形成线同步输出多路高电压脉冲；Q>1时，本发明可饱和脉冲变压器实为Q路共磁芯的同步磁开关，既可作为多路并联脉冲形成线的多路并联同步磁开关，亦可作为Q级全固态Marx发生器中Q级串联同步磁开关。

实施方式一：国防科技大学采用本发明实施方式设计了用于给300kV/1.75nF的螺旋Blumlein脉冲形成线充电的可饱和脉冲变压器，采用单组次级绕组、9路次级子绕组并联的结构方式(Q=1，N=9)。在可饱和脉冲变压器中，共采用9块(M＝9)磁环作为变压器磁芯，9块磁环均分为3组(m=3)，单块磁环封装尺寸为Φ410×Φ270×24.5(Φ410表示磁环外直径为410，Φ270表示磁环内直径为270，24.5表示磁环高度，单位：mm，下同)，去掉外壳封装后的单块磁环本体尺寸为Φ406×Φ274×20(单位：mm)；变压器初级绕组由3路(m=3)单匝子绕组并联而成，线绕式次级绕组由9路(N＝9)次级子绕组并联，即每一对内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁(Ψ₁=90°，Ψ₂=30°)的扇形区域内，均匀分布有3路次级绕组，3对内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽内共分布9路次级子绕组；每一路次级子绕组匝数N_s均为4.75匝(Ns=4.75)，本实施方式只对应1个次级绕组沿磁环圆周方向均匀排布的可饱和脉冲变压器，变比为1:14.25，但是该结构的可饱和脉冲变压器具有类似于同轴导体的结构，因此本发明实施方式(Q=1)对应的可饱和脉冲变压器具有最低的次级绕组饱和电感，具有优越的磁开关饱和导通功能。采用350nF/36kV的脉冲电容器作为本发明可饱和脉冲变压器的初级充电电容。在由该线绕式绕组多路并联结构的可饱和脉冲变压器、螺旋Blumlein脉冲形成线和160Ω水电阻假负载组成的高电压脉冲发生器系统平台上进行了实验研究，螺旋Blumlein脉冲形成线双线电容共计1.75nF，特性阻抗为160Ω，脉宽约130ns。当350nF的初级充电电容起始电压为10kV时，线绕式绕组多路并联结构的可饱和脉冲变压器次级绕组高压端输出峰值约135kV的脉冲高电压，峰值电压时间约950ns，变压器实际升压倍数为13.5倍，略小于理论升压倍数14.25倍。在形成线达到峰值电压时刻后，可饱和脉冲变压器磁芯瞬间饱和，具有类似于同轴导体结构特点的多路并联结构线绕式次级绕组，作为螺旋Blumlein脉冲形成线的主开关饱和导通，由于主开关与Blumlein线外线电容(0.875nF)两端并联，外线电容与主开关饱和电感组成L-C谐振回路，使得外线电容电压极性快速发生反转，得到的最快反转半周期可降低至65ns；螺旋Blumlein线外线电容极性反转完成后，与Blumlein线内线电容极性趋于一致，从而使螺旋Blumlein线的双线串联向160Ω水电阻假负载放电。采用本发明中的线绕式绕组多路并联结构的可饱和脉冲变压器作为螺旋Blumlein脉冲形成线主开关，实验中在160Ω负载电阻上形成的准方波电压脉冲，幅度可达120kV，最短脉冲前沿时间(10%~90%峰值段的时间)约65ns，电压脉冲平顶可达54ns，由实验结果反算本发明实施方式的可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感约为500nH，较普通可饱和变压器次级绕组饱和电感(3~5μH)降低了一个量级。由上述结果可知，本发明实施方式能够较大地改进现有普通线绕式可饱和脉冲变压器饱和电感大、放电周期长的缺陷，在线绕式可饱和脉冲变压器取代气体开关的作为形成线主开关时，螺旋Blumlein脉冲形成线具备输出几十ns至百ns级快前沿脉冲的能力。

实施方式二：国防科技大学采用本发明实施方式设计了用于给40kV/175nF的脉冲电容器充电、并兼作该电容器放电主开关的、线绕式绕组多路并联结构的高电压可饱和脉冲变压器，共采用6块(M＝6)磁环作为变压器磁芯，6块磁环均分成6组，每组一块磁环；单块磁环封装尺寸为Φ280×Φ140×25(单位：mm)，去掉外壳封装后的单块磁环本体尺寸为Φ276×Φ144×20(单位：mm)。变压器初级绕组由6路(m＝M＝6)单匝子绕组并联而成，线绕式次级绕组仅1组(Q=1)次级绕组，由12路(N＝12)次级子绕组沿磁环圆周方向均匀并联分布，每一对内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁(Ψ₁=90°，Ψ₂=30°)的扇形区域内，均匀分布有4路并联的次级子绕组，每一路次级子绕组匝数均为4.75匝(N＝4.75)，可饱和脉冲变压器整体的变比为1:28.5。采用3kV/160μF的脉冲电容器作为可饱和脉冲变压器初级充电电容，在由该1:28.5的可饱和脉冲变压器、3kV/160μF初级充电电容、初级能源、初级开关、40kV/175nF负载电容和1μH负载电感组成的高电压谐振放电脉冲平台上进行了实验研究。初级充电电容高压端接外部的初级能源，初级充电电容低压端接本发明可饱和脉冲变压器初级绕组输入端，可饱和脉冲变压器初级绕组输出端接地；初级开关高压极接初级充电电容高压端，初级开关低压极接地；可饱和脉冲变压器次级绕组高压输出端接负载电容高压极，负载电容低压极接负载电感高压极，负载电感低压级接地，可饱和脉冲变压器次级绕组低压端接地。实验中，当3kV/160μF初级充电电容起始充电电压为0.7kV时，可饱和脉冲变压器(暴露于空气中)次级绕组高压端输出峰值约22kV的脉冲高电压，给40kV/175nF的负载电容充电，充电阶段与负载电容低压极串联的1μH负载电感近似于一根导线，承受压降几乎为0，负载电容峰值电压时间约10μs，变压器实际升压倍数为28.2倍，略小于理论升压倍数28.5倍。在负载电容器达到峰值充电电压时刻后，本发明实施方案中的可饱和脉冲变压器磁芯瞬间饱和，多路并联结构的线绕式次级绕组作为负载电容的主开关饱和导通；在可饱和脉冲变压器次级回路，已充好电的40kV/175nF的负载电容经次级绕组向1μH的负载电感快速放电，形成一个典型的L-C振荡波形，由于兼作磁开关的次级绕组导通时间很快，远远小于负载电容充电时间，此时1μH的负载电感感抗很大，负载电感上将出现幅度很大的负载电压；负载电感上形成的负载电压主脉冲振荡幅度为18.1kV，占负载电容峰值充电电压22kV的82.3%，负载电感振荡电压脉冲的半周期为1.5μs，根据L-C振荡周期计算公式反算回路总谐振电感为1.3μH，扣除1μH负载电感得到本发明实施方案中线绕式绕组多路并联结构的高电压可饱和脉冲变压器次级绕组饱和电感为300nH。由上述结果可知，本发明实施方式不仅能将次级绕组为4.75匝的1:4.75的普通线绕式可饱和脉冲变压器升压倍数由4.75倍提高至28.2倍，亦将普通线绕式可饱和脉冲变压器次级绕组的μH级饱和电感降低一个数量级。

实施方式三：国防科技大学采用本发明实施方式设计了可饱和脉冲变压器取代3级气体开关的3级全固态Marx发生器，采用3级Marx电容器和接地电感单元并联同步充电、3组可饱和脉冲变压器次级绕组同步饱和、3级Marx电容器串联同步放电的工作模式。在低电感线绕式可饱和脉冲变压器中，共使用6块(M＝6)磁环作为变压器磁芯，6块磁环均分为6组，单块磁环封装尺寸为Φ280×Φ140×25(单位：mm)，去掉外壳封装后的单块磁环本体尺寸为Φ276×Φ144×20(单位：mm)；变压器初级绕组由6路(m＝M＝6)单匝子绕组并联而成，变压器次级绕组由3组(Q=3)次级绕组沿磁环圆周方向均匀并联分布，每一对内芯顶盖扇形铣槽和内芯底板扇形铣槽所对应的圆心角为Ψ₁(Ψ₁=90°，Ψ₂=30°)的扇形区域内，仅均匀分布有1组次级绕组，每1组次级绕组均由4路子绕组(N＝4)并联而成；每一路次级子绕组匝数N_s均为4.75匝(Ns=4.75)，本实施方式对应3个共初级绕组、共磁芯，但次级绕组位置不同的可饱和脉冲变压器，每一个可饱和脉冲变压器的变比均为1:28.5。

验证实验平台由外部初级充电系统、外部的初级充电电容、机械触点式开关、3级全固态Marx发生器、负载电容组成。采用3kV/160μF的脉冲电容器作为可饱和脉冲变压器外部的初级充电电容，初级充电电容高压端与外部初级充电系统相连，初级充电电容低压端与可饱和脉冲变压器初级绕组输入端相连，经过变压器初级绕组输出端接地。采用机械触点式开关作为初级充电电容的放电控制开关，机械触点式开关高压端与初级充电电容高压端相连，机械触点式开关低压端接地。3级全固态Marx发生器由本发明可饱和脉冲变压器、3级Marx电容器C₁-C₃、3路接地电感L_i1-L_i3组成。3级Marx电容器C₁-C₃为3路独立的36kV/350nF高电压脉冲电容器电容；3路接地电感L_i1-L_i3均为95μH的空心螺线管电感。在结构上，本发明全固态Marx发生器可分成3级单元级联，即第1级单元、……、第q级单元、……、第3级单元，其中q为正整数，且1≤q≤3。第q级单元由第q级Marx电容C_q、第q级接地电感L_iq、可饱和脉冲变压器第q组次级绕组兼作的磁开关MS_q串联而成。当q=1时，可饱和脉冲变压器第q组次级绕组磁开关MS_q高压极与第q级Marx电容C_q的高压极相连，可饱和脉冲变压器第q组次级绕组磁开关MS_q低压极与接地端直接相连，第q级Marx电容C_q的低压极与第q级接地电感L_iq相连，最后通过L_iq接地。当1<q≤3时，可饱和脉冲变压器第q组次级绕组磁开关MS_q高压极与第q级Marx电容C_q的高压极相连，第q级Marx电容C_q的低压极与第q级接地电感L_iq相连，第q级接地电感L_iq低压端与可饱和脉冲变压器第q组次级绕组磁开关MS_q低压极并联，并与第q-1级Marx电容C_q-1的低压极相连。负载电容为300kV/1.75nF电容器；负载电容高压极接在第3级Marx电容C₃的低压极，负载电容低压极直接接地。3级(Q=3)全固态Marx发生器输入端即为本发明可饱和脉冲变压器初级绕组输入端，全固态Marx发生器输出端为第3级Marx电容C₃低压极，或是负载电容的高压极。

首先采用外部初级充电系统对初级充电电容进行谐振充电，谐振充电电流流过本发明可饱和脉冲变压器初级绕组，对变压器磁芯进行自动复位；当3kV/160μF初级充电电容起始充电电压为0.67kV时，机械触点式开关触发导通，初级充电电容向全固态Marx发生器放电；本发明可饱和脉冲变压器的3组次级绕组对应3个1:28.5的可饱和脉冲变压器(暴露于空气中)，3个1:28.5的可饱和脉冲变压器在各自的次级绕组高压端均输出峰值约12kV的脉冲高电压，三路输出脉冲电压波形基本重合，3级Marx电容器的同步并联充电效果较好。磁芯饱和后，本发明可饱和脉冲变压器的3组次级绕组强制饱和导通，由3级Marx电容器串联放电的3级全固态Marx发生器得以建立；3级全固态Marx发生器向300kV/1.75nF的负载电容放电，在负载电容上产生前沿时间约为600ns，峰值为45.2kV的高电压脉冲，该脉冲的半高脉宽约为450ns；可饱和脉冲变压器的3组次级绕组饱和导通的时间误差小于5ns。由上述结果可知，本发明实施方式能在3级全固态Marx发生器输入电压仅670V的条件下，得到高达45.2kV的脉冲高电压输出，实现了3级全固态Marx发生器中3路磁开关的串联同步导通(同步精度为ns级)，并实现67.5倍的升压倍数，是普通3级全固态Marx发生器(输入670V时，输出仅几kV量级)所不能匹敌的。实验平台中，初级充电系统采用谐振充电的方式对初级充电电容谐振充电，该谐振充电电流即对本发明可饱和脉冲变压器的磁芯进行自动复位，在该充电电流主导的磁芯自动复位机制下，3级全固态Marx发生器输出较稳定，可以实现3级全固态Marx发生器重复频率稳定运行。实验结果证明本发明可饱和脉冲变压器作为串联同步的磁开关，进而取代气体开关的全固态Marx发生器技术方案切实可行。

Claims (9)

1.一种作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，由变压器内芯部分、变压器初级绕组部分(P)和变压器次级绕组部分组成；变压器初级绕组部分(P)分组紧绕在变压器内芯部分分组的磁环上，变压器内芯部分关于变压器中心对称轴(1)具有旋转对称性，由磁芯(2)、磁芯隔板部分和内芯夹板部分组成；磁芯隔板部分位于磁芯(2)的磁环之间，内芯夹板部分位于磁芯(2)的顶部和底部，磁芯(2)由M块相同尺寸的磁环堆叠组成，每块磁环采用铁基非晶或铁基纳米晶材料制成的薄带卷绕成圆环状，再用玻璃钢材料浇灌封装而成，每块磁环封装后的内半径为R_mi，外半径为R_mo，厚度为h_m1；M块磁环均分为m组，从上至下依次为第一组磁环、…、第k组磁环、…、第m组磁环；每组磁环均由M/m块磁环沿变压器中心对称轴(1)方向堆叠组成，从上至下依次为第一块、…、第M/m块，1≤k≤m，m为正整数，M为m的整数倍数；变压器初级绕组部分(P)由第一路初级子绕组(P1)、……、第k路初级子绕组(Pk)、……、第m路初级子绕组(Pm)组成；第k路初级子绕组(Pk)绕线的外部输入端为第k路初级子绕组输入端(Pk-1)，第k路初级子绕组(Pk)绕线的外部输出端为第k路初级子绕组输出端(Pk-2)；第一路初级子绕组输入端(P1-1)、……、第k路初级子绕组输入端(Pk-1)、……、第m路初级子绕组输入端(Pm-1)全部并联焊接在输入端并联导线(Pa)上，输入端并联导线(Pa)宽度和厚度与每一路初级子绕组绕线整体的宽度和厚度相同，输入端并联导线(Pa)下端焊接在输入端引出导线(Pc)上，向外引出，作为初级绕组整体输入端(P_in)，输入端引出导线的厚度和宽度与输入端并联导线相同，初级绕组整体输入端(P_in)与外部初级能源相连；每一路初级子绕组均为单匝，由m₁根直径均为Φ_p的漆包线并联绕制而成，m₁为正整数，m1≥1，满足m₁×Φ_p小于磁芯顶板铣槽(7-2)槽宽；第一路初级子绕组(P1)由第一路初级子绕组输入端(P1-1)引入，穿入磁芯顶板铣槽(7-2)，从里面包围第一组磁环，再穿入第一组隔板中的隔板下板第二铣槽(9-2)，由第一路初级子绕组输出端(P1-2)引出；……；第k路初级子绕组(Pk)由第k路初级子绕组输入端(Pk-1)引入，穿入第k-1组隔板中的隔板下板第一铣槽(9-1)，从里面包围第k组磁环后，再穿入第k组隔板中的隔板下板第二铣槽(9-2)，初级绕线从该铣槽穿出后由第k路初级子绕组输出端(Pk-2)引出；……；按照相同的规律，一直到第m路初级子绕组(Pm)由第m路初级子绕组输入端(Pm-1)引入，穿入第m-1组隔板中的隔板下板第一铣槽(9-1)，从里面包围第m组磁环后，再穿入磁芯底板铣槽(10-1)，初级绕线从该铣槽穿出后由第m路初级子绕组输出端(Pm-2)引出；第一路初级子绕组输出端(P1-2)、……、第k路初级子绕组输出端(Pk-2)、……、第m路初级子绕组输出端(Pm-2)全部并联焊接在输出端并联导线(Pb)上，输出端并联导线(Pb)尺寸与输入端并联导线(Pa)尺寸相同，输出端并联导线(Pb)下端焊接在输出端引出导线(Pd)上并向外引出，作为初级绕组整体输出端P_out，输出端引出导线宽度和厚度与输出端并联导线相同，初级绕组整体输出端P_out与外部地端相连；其特征在于：

所述磁芯隔板部分由磁芯顶板(7)、磁芯中间隔板和磁芯底板(10)三部分组成，均采用绝缘材料制成；磁芯顶板(7)位于第一组磁环顶端，磁芯中间隔板将m组磁环分别隔离开，磁芯底板(10)位于第m组磁环的底部；磁芯顶板(7)为圆环状板，磁芯顶板(7)内半径为R₁，外半径为R₂，厚度不超过10mm；磁芯顶板(7)外侧壁边缘均布有3个磁芯顶板豁口(7-1)，3个磁芯顶板豁口(7-1)呈中心对称分布，半径均为R₀，每个磁芯顶板豁口(7-1)对应的圆心角度为θ₀，磁芯顶板豁口(7-1)底部相对于变压器中心对称轴(1)的距离为R_mo；3个磁芯顶板豁口(7-1)中的一个豁口中心位于磁芯顶板(7)俯视图的x轴上，且该豁口关于x轴对称；磁芯顶板(7)上表面的一象限内铣有磁芯顶板铣槽(7-2)，磁芯顶板铣槽(7-2)沿径向延伸，槽中心线与磁芯顶板(7)俯视图x轴夹角为θ₁；磁芯顶板(7)上表面与内芯顶盖(3)压紧，磁芯顶板(7)下表面与第一组磁环顶部压紧；磁芯中间隔板共分成相同的m-1组，从上到下依次为第一组隔板、…、第k组隔板、…、第m-1组隔板；每一组隔板均由磁芯隔板上板(8)和磁芯隔板下板(9)组成，磁芯隔板上板(8)位于磁芯隔板下板(9)上面，二者重叠在一起；磁芯隔板上板(8)的形状和半径尺寸与磁芯顶板(7)相同，磁芯隔板上板厚度不大于2mm；磁芯隔板上板外侧壁边缘挖有3个磁芯隔板上板豁口(8-1)，呈中心对称分布，3个磁芯隔板上板豁口(8-1)半径亦均为R₀，对应圆心角度亦为θ₀，3个磁芯隔板上板豁口(8-1)的位置与3个磁芯顶板豁口(7-1)完全相同；每一组隔板中的磁芯隔板上板(8)上表面均与磁环压紧，下表面与磁芯隔板下板(9)的上表面压紧；磁芯隔板下板(9)形状和尺寸与磁芯顶板(7)相同，但磁芯隔板下板(9)的上表面一象限内铣有两个槽，即隔板下板第一铣槽(9-1)和隔板下板第二铣槽(9-2)；隔板下板第一铣槽(9-1)与磁芯顶板铣槽(7-2)的结构、尺寸和位置完全相同，隔板下板第二铣槽(9-2)中心线与磁芯隔板下板(9)上表面的y轴方向夹角为θ₂，θ₂≤30°，隔板下板第二铣槽(9-2)几何尺寸与隔板下板第一铣槽(9-1)尺寸完全相同；磁芯隔板下板外侧壁边缘挖有3个中心对称的磁芯隔板下板豁口(9-3)，磁芯隔板下板豁口(9-3)尺寸和位置与磁芯顶板豁口(7-1)完全相同；每组隔板的磁芯隔板下板(9)下表面均与磁环压紧；m-1组隔板与m组磁环的连接关系如下：第一组磁环底部与第一组隔板中的磁芯隔板上板(8)上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板上板(8)下表面与第一组隔板中的磁芯隔板下板(9)上表面压紧，第一组隔板中的磁芯隔板下板(9)下表面与第二组磁环顶部压紧；……；第k组磁环底部与第k组隔板中的磁芯隔板上板(8)上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板上板(8)下表面与第k组隔板中的磁芯隔板下板(9)上表面压紧，第k组隔板中的磁芯隔板下板(9)下表面与第k+1组磁环顶部压紧；……；第m组磁环底部与磁芯底板(10)顶部压紧；磁芯底板(10)形状和尺寸与磁芯顶板(7)相同，但是磁芯底板(10)下表面的磁芯底板铣槽(10-1)中心线与隔板下板第二铣槽(9-2)的中心线平行且在变压器垂直方向对齐，磁芯底板铣槽(10-1)尺寸与磁芯顶板铣槽(7-2)和隔板下板第二铣槽(9-2)的尺寸相同；磁芯底板(10)外侧壁边缘挖有磁芯底板豁口(10-2)，磁芯底板豁口(10-2)的尺寸、数目和位置与磁芯顶板豁口(7-1)的尺寸、数目和位置分别相同；磁芯底板(10)下表面与内芯底板(4)上表面压紧；安装时应确保3个磁芯顶板豁口(7-1)、3个磁芯隔板上板豁口(8-1)、3个磁芯隔板下板豁口(9-3)、3个磁芯底板豁口(10-2)分别在3条直线上对齐；

所述内芯夹板部分由内芯顶盖(3)、内芯底板(4)、内芯底板支脚(5)、固定连杆(6)组成，均采用绝缘材料；固定连杆(6)在圆周方向以均匀分布的模式对内芯夹板部分进行锁紧；采用3根固定连杆(6)均匀分布并紧锁内芯夹板部分；内芯底板(4)为圆环板结构，内半径为R₁，外半径为R₃，满足R₁<R_mi<R_mo<R₂<R₃，厚度不小于15mm；内芯底板(4)上表面铣有3个呈扇形、在圆周方向均布的内芯底板扇形铣槽(4-1)，内芯底板扇形铣槽(4-1)对应的扇形圆心角均为Ψ₁，槽深不大于10mm，铣槽沿径向贯穿内芯底板(4)外缘和内缘，由于铣槽加工而在内芯底板(4)上表面出现3个相同且均布的扇形凸台即内芯底板扇形凸台(4-2)，与3个内芯底板扇形铣槽(4-1)相间交替分布，每个内芯底板扇形凸台圆心角均为Ψ₂，满足Ψ₁+Ψ₂=90°；内芯底板(4)下表面与3个内芯底板扇形凸台(4-2)相对的位置分别均布3个内芯底板螺孔，与3个内芯底板支脚(5)拧紧配合；3个内芯底板扇形凸台(4-2)的外边缘各开有1个内芯底板通孔(4-3)，3个内芯底板通孔(4-3)在圆周方向均布，通孔半径均为R₄，每个内芯底板通孔(4-3)中心距变压器中心对称轴(1)的距离为R_mo+R₄；内芯顶盖(3)的结构与内芯底板(4)的结构相同，亦为圆环板结构，内芯顶盖(3)内半径为R₁，外半径为R₃，厚度不小于15mm；在圆周方向，内芯顶盖(3)下表面在与内芯底板(4)相对的位置同样铣有3个均布的内芯顶盖扇形铣槽(3-1)，槽深不大于10mm，铣槽亦沿径向贯穿内芯顶盖(3)外缘和内缘，内芯顶盖扇形铣槽(3-1)对应的扇形中心角均为Ψ₁，内芯顶盖(3)下表面由于铣槽而出现的3个相同且均布的内芯顶盖扇形凸台(3-2)圆心角均为Ψ₂；内芯顶盖扇形凸台(3-2)上与3个内芯底板通孔(4-3)在垂直方向上正对的位置，亦均布有3个内芯顶盖通孔(3-3)，通孔半径均为R₄；固定连杆(6)是3根半径为R₄的圆柱体，其两端均有螺纹，3根固定连杆(6)的长度长于所有磁环厚度、磁芯隔板部分总厚度、内芯顶盖(3)厚度与内芯底板(4)厚度之和；固定连杆(6)紧靠对齐的磁芯顶板豁口(7-1)、磁芯隔板上板豁口(8-1)、磁芯隔板下板豁口(9-3)和磁芯底板豁口(10-2)，固定连杆(6)上端穿过3个内芯顶盖通孔(3-3)，由连杆螺帽锁紧，固定连杆(6)下端穿过3个内芯底板通孔(4-3)，由连杆螺帽锁紧；

所述变压器次级绕组部分由共磁芯的Q组次级绕组沿圆周方向排布而成，每一组次级绕组又由组内相邻的N路线绕式子绕组并联组成，N路线绕式子绕组共磁芯，均紧绕在全部M块磁环上，Q、N、M均为正整数且Q为3的正整数倍；变压器次级绕组部分由第一组次级绕组(S₁)、……、第s组次级绕组(S_s)、……、第Q/3组次级绕组(S_(Q/3))、第Q/3+1组次级绕组(S_(Q/3+1))、……、第Q/3+s组次级绕组(S_(Q/3+s))、……、第2Q/3组次级绕组(S_(2Q/3))、第2Q/3+1组次级绕组(S_(2Q/3+1))、……、第2Q/3+s组次级绕组(S_(2Q/3+s))、第Q组次级绕组(S_Q)组成，s为整数，且1≤s≤Q/3；Q组次级绕组完全相同；第一组次级绕组(S₁)、……、第s组次级绕组(S_s)、……、第Q/3组次级绕组(S_(Q/3))刚好位于第一个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第一个内芯底板扇形铣槽(4-1)对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第Q/3+1组次级绕组(S_(Q/3+1))、……、第Q/3+s组次级绕组(S_(Q/3+s))、……、第2Q/3组次级绕组(S_(2Q/3))刚好位于第二个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第二个内芯底板扇形铣槽(4-1)对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；第2Q/3+1组次级绕组(S_(2Q/3+1))、……、第2Q/3+s组次级绕组(S_(2Q/3+s))、第Q组次级绕组(S_Q)刚好位于第三个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第三个内芯底板扇形铣槽(4-1)对应的区域，且依次沿磁环圆周逆时针方向排布；这Q组次级绕组分别穿过3个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和3个内芯底板扇形铣槽(4-1)对应的区域，并包围全部磁芯；每一组次级绕组所占据的扇形空间的圆心角均为Ψ₃，0<Ψ₃≤3Ψ₁/Q，每一组次级绕组内的N路线绕式子绕组共磁芯，且N路线绕式子绕组相互紧挨，并沿圆周方向依次排列；

所述m路初级子绕组全部位于第1个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第1个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内。

2.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于第一组次级绕组(S₁)由完全相同的N路线绕式次级子绕组组成，即第一组次级绕组中第一路子绕组(S₁₁)、……、第一组次级绕组中第n路子绕组(S_1n)、……、第一组次级绕组中第N路子绕组(S_1N)，1≤n≤N，且n为正整数；每一路次级子绕组的绕线匝数为N_s，绕线均为金属导线，N_s为正整数；第一组次级绕组中第一路子绕组(S₁₁)由金属导线从第一个内芯底板扇形铣槽(4-1)的槽边缘沿径向向内穿入内芯底板扇形铣槽(4-1)，金属导线穿出内芯底板扇形铣槽(4-1)后沿所有磁环内壁向上，再从内芯顶盖扇形铣槽(3-1)中沿径向向外穿出，沿所有磁环外壁向下再次到达内芯底板扇形铣槽(4-1)处，完成第1匝绕线的布线；按照此规律沿磁环圆周逆时针方向共密绕N_s匝绕线，完成第一组次级绕组中第一路子绕组(S₁₁)的布线；第一组次级绕组中第一路子绕组高压输出端(S₁₁-2)由螺杆穿过内芯顶盖(3)外边缘，拧在第1个次级绕组高压极连接片(11)上，次级绕组高压极连接片(11)共有Q个，次级绕组高压极连接片(11)与内芯顶盖(3)上表面紧贴、且位于内芯顶盖(3)上表面外边缘；第一组次级绕组中第一路子绕组低压端(S₁₁-1)由螺杆穿过内芯底板(4)外边缘，拧在第1个次级绕组低压极连接片(12)上，次级绕组低压极连接片(12)共有Q个，次级绕组低压极连接片(12)与内芯底板(4)下表面紧贴、且位于内芯底板(4)下表面外边缘；第一组次级绕组中第二路子绕组(S₁₂)、……、第一组次级绕组中第n路子绕组(S_1n)、……、第一组次级绕组中第N路子绕组(S_1N)，均完全按照第一组次级绕组中第一路子绕组(S₁₁)的绕线分布方式，紧靠着第一组次级绕组中与各自相邻的其它路子绕组，沿磁环圆周逆时针方向依次绕制；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组高压输出端(S₁₂-2)、……、(S_1N-2)全部由螺杆拧在第1个次级绕组高压极连接片(11)上；第一组次级绕组中除第1路子绕组外的其余N-1路子绕组低压端(S₁₂-1)、……、(S_1N-1)全部由螺杆拧在第1个次级绕组低压极连接片(12)上；每一组次级绕组中的全部子绕组高压输出端均同时连接在同一个次级绕组高压极连接片(11)上，每一组次级绕组中的全部子绕组低压端均同时连接在同一个次级绕组低压极连接片(12)上；Q组沿磁环圆周方向依次分布的次级绕组，分别对应亦沿圆周方向均布的Q个次级绕组高压极连接片(11)和Q个次级绕组低压极连接片(12)；第s组次级绕组(S_s)的N路N_s匝次级子绕组和第一组次级绕组(S₁)的N路N_s匝次级子绕组的绕线材料、结构、和绕线方式完全相同；完全按照第一组次级绕组(S₁)的分布规律，在第一个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第一个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角均为Ψ₁扇形区域内，紧挨着第一组次级绕组(S₁)沿磁环圆周逆时针方向完成第s组次级绕组(S_s)的布线；最终在第一个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第一个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，依次完成第一组次级绕组(S₁)、……、第s组次级绕组(S_s)、……、第Q/3组次级绕组(S_(Q/3))的布线；完全按照第一组次级绕组(S₁)、……、第s组次级绕组(S_s)、……、第Q/3组次级绕组(S_(Q/3))的布线方式，在第二个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第二个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第Q/3+1组次级绕组(S_(Q/3+1))、……、第Q/3+s组次级绕组(S_(Q/3+s))、……、第2Q/3组次级绕组(S_(2Q/3))的布线；完全按照第一组次级绕组(S₁)、……、第s组次级绕组(S_s)、……、第Q/3组次级绕组(S_(Q/3))的布线方式，在第三个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第三个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域，沿磁环圆周逆时针方向依次完成第2Q/3+1组次级绕组(S_(2Q/3+1))、……、第2Q/3+s组次级绕组(S_(2Q/3+s))、第Q组次级绕组(S_Q)的布线。

3.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于当Q=1时，可饱和脉冲变压器仅有1组次级绕组，而该次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在3个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角均为Ψ₁的扇形区域内，次级绕组高压极连接片(11)和次级绕组低压极连接片(12)的数目均为1个，所有的N路次级子绕组沿磁环圆周方向均匀排布，且同时并联在同一个次级绕组高压极连接片(11)和次级绕组低压极连接片(12)上；N为3的正整数倍；3个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的3个圆心角均为Ψ₁的扇形区域内共均分N路次级子绕组，每个扇形区域内均分N/3路次级子绕组。

4.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于当Q＝2时，第1个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ1的扇形区域内没有次级绕组分布；第一组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第二个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第二个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ₁的扇形区域内；第二组次级绕组的N路次级子绕组均匀分布在第三个内芯顶盖扇形铣槽(3-1)和第三个内芯底板扇形铣槽(4-1)所对应的圆心角为Ψ₁扇形区域内。

5.如权利要求2所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于所述金属导线直径为Φ_s，Φ_s不大于内芯底板扇形铣槽(4-1)和内芯顶盖扇形铣槽(3-1)的深度，且N_sΦ_s≤R₁×Ψ₃/N，其中R₁为磁芯顶板(7)的内半径。

6.如权利要求2所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于所述次级绕组高压极连接片(11)均为厚度不超过2mm、宽度不小于20mm的金属片，每个次级绕组高压极连接片(11)的长度<2πR₃，其中R₃为内芯顶盖(3)的外半径；所述次级绕组低压极连接片(12)的形状、几何尺寸与次级绕组高压极连接片(11)完全相同。

7.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于所述每块磁环封装后的内半径R_mi、外半径R_mo、厚度h_m1满足：100mm<R_mi<R_mo，20mm<h_m1<25mm。

8.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于所述磁芯顶板豁口(7-1)半径R₀<25mm，磁芯顶板豁口(7-1)对应的圆心角度θ₀位于5°~15°范围，磁芯顶板豁口(7-1)底部相对于变压器中心对称轴(1)的距离R_mo满足R₀<R₁<R_mi<R_mo<R₂；磁芯顶板铣槽(7-2)槽宽不小于20mm，槽深度小于磁芯顶板(7)的厚度，槽中心线与磁芯顶板(7)俯视图x轴夹角θ₁满足15°<θ₁<50°。

9.如权利要求1所述的作为多路同步磁开关的高电压可饱和脉冲变压器，其特征在于所述初级子绕组由宽度和厚度均不大于磁芯顶板铣槽(7-2)槽宽和槽深的铜带绕制而成。

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