一种脉冲变压器的试制

童然（中船重工第七一五研究所 浙江 杭州 310012）

由于SJC-10C水泥胶结综合测井仪，需要以φ51mm外径测量5-1/2”套管，所以，在仪器设计过程中，发射能量是避不开的问题。发射能量太小，就无法测量5-1/2”套管，而能量太大，则可能带来很大的体波信号，影响测井效果。因此，试制一种合适的升压脉冲变压器就显得很有必要。

一、换能器的选择

为了提高仪器的发射能量，首先，需要选择一种合适的换能器。由于条状全向压电陶瓷换能器，电极较少，发射电流不足，而为了增加发射能量，一味地提高发射电压，将会导致电极之间打火，影响仪器性能。所以，我们采用全电极全向压电陶瓷换能器，该换能器在电压不变的情况下，可以产生充足的发射电流，提供足够的发射能量。

二、铁芯的选择

铁芯材料有很多种，有非晶的、超微晶的、硅钢的、坡莫的、铁基纳米晶的等等。不同材料的铁芯，都有不同的特性。发射升压脉冲变压器，需要的是高温稳定性好，有导磁率足够的铁芯。可以保证脉冲变压器的初次级有足够的电感量，同时，在高温状态下，不至于电感量变化很大，导致发射能量变化，影响换能器工作。由于环形硅钢铁芯具有较高的高温稳定性，成为升压脉冲变压器的首选铁芯。另外，由于仪器外径的限制，硅钢环在绕好变压器后，外径不得大于34mm。这给变压器的试制也提出了更高的要求。

三、脉冲变压器和换能器的匹配

由于换能器采用的是全电极全向压电陶瓷换能器，当脉冲变压器初级线圈扎数太少的时候，放电电流很大，在直流电源上产生很大的波动干扰，而100V直流供电的仪器，电源上的波动干扰会影响接收电路工作和CCL仪器工作。故需将线圈初级扎数变大，提高电感量和线电阻。

由线圈振荡的谐振频率公式f=1/(2π*(L*C) )可得，在谐振频率不变的情况下，当电容值降低时，电感量上升。我们将两个发射换能器进行串连，降低换能器的静态电容，从而提高发射脉冲变压器次级线圈的电感量，提高次级线圈扎数。谐振频率公式给出的是个理论值，但是由于线圈中还存在阻抗匹配、漏感等因素的影响，所以实际线圈初次级扎数比需要进行试验得出。

四、升压脉冲变压器的试制

升压脉冲变压器的试验如下：

1.初级双线并绕，次级单线，初次级电感量比为1.38：228，初级放电电压240V，次放电电压为2580V。波形如图1。但是，由于仪器的外径限制，该线圈的外径>34mm，故需修改线圈次级线径。同时，放电时伴有二次放电现象。

图1

2.次级线径减少0.07mm，初级双线并绕，次级单线，初次级电感量比为1.42：224，初级放电电压240V，次放电电压为2340V，与（1）相比，次级放电电压略微下降，两次的工作电流基本不变，线圈尺寸已经符合仪器结构要求。波形如图2。但是，尚未解决二次放电现象。

图2

3.用50mm高度铁芯，初级双线并绕，次级单线，初次级电感量比为4.78：1090，初级放电电压240V，次放电电压为3320V。二次放电现象消失，放电电压提高至3000V以上，并且尺寸符合仪器结构要求。波形如图3。但由于该高度铁芯存在生产上的困难，需进行调整。

图3

4.用两个高度为30mm的铁芯垒在一起进行打包处理，再绕制变压器。初级双线并绕，次级单线，初次级电感量比为2.5：728，初级放电电压240V，次放电电压为3420V。波形如图4。放电电压3000V以上，并且尺寸符合仪器结构要求。两个并在一起的铁芯，既保证了电感量，又解决了铁芯生产加工难的问题。

图4

经过上述几次试验后，最后方案（4）从参数性能和外径尺寸方面都比较适合SJC-10C仪器的使用，既提高了发射能量，又不至于能量过高而造成体波信号过大，故采用方案进行绕制升压脉冲变压器。SJC-10C在不加水槽情况下，检测体波时，看到波形如图5：

图5

总结

新设计绕制的升压脉冲变压器，很好地匹配了SJC-10C水泥胶结综合测井仪，不但满足了其提高能量，适用于5-1/2”套管的要求，又避免了体波过大，对测井曲线的影响。能使SJC-10C在水平井测井中发挥了重要的作用。

[1]尹克宁.变压器设计原理.中国电力出版社.2003.