一種脈沖變壓器的試制

童然（中船重工第七一五研究所 浙江 杭州 310012）

由于SJC-10C水泥膠結綜合測井儀，需要以φ51mm外徑測量5-1/2”套管，所以，在儀器設計過程中，發射能量是避不開的問題。發射能量太小，就無法測量5-1/2”套管，而能量太大，則可能帶來很大的體波信號，影響測井效果。因此，試制一種合適的升壓脈沖變壓器就顯得很有必要。

一、換能器的選擇

為了提高儀器的發射能量，首先，需要選擇一種合適的換能器。由于條狀全向壓電陶瓷換能器，電極較少，發射電流不足，而為了增加發射能量，一味地提高發射電壓，將會導致電極之間打火，影響儀器性能。所以，我們采用全電極全向壓電陶瓷換能器，該換能器在電壓不變的情況下，可以產生充足的發射電流，提供足夠的發射能量。

二、鐵芯的選擇

鐵芯材料有很多種，有非晶的、超微晶的、硅鋼的、坡莫的、鐵基納米晶的等等。不同材料的鐵芯，都有不同的特性。發射升壓脈沖變壓器，需要的是高溫穩定性好，有導磁率足夠的鐵芯。可以保證脈沖變壓器的初次級有足夠的電感量，同時，在高溫狀態下，不至于電感量變化很大，導致發射能量變化，影響換能器工作。由于環形硅鋼鐵芯具有較高的高溫穩定性，成為升壓脈沖變壓器的首選鐵芯。另外，由于儀器外徑的限制，硅鋼環在繞好變壓器后，外徑不得大于34mm。這給變壓器的試制也提出了更高的要求。

三、脈沖變壓器和換能器的匹配

由于換能器采用的是全電極全向壓電陶瓷換能器，當脈沖變壓器初級線圈扎數太少的時候，放電電流很大，在直流電源上產生很大的波動干擾，而100V直流供電的儀器，電源上的波動干擾會影響接收電路工作和CCL儀器工作。故需將線圈初級扎數變大，提高電感量和線電阻。

由線圈振蕩的諧振頻率公式f=1/(2π*(L*C) )可得，在諧振頻率不變的情況下，當電容值降低時，電感量上升。我們將兩個發射換能器進行串連，降低換能器的靜態電容，從而提高發射脈沖變壓器次級線圈的電感量，提高次級線圈扎數。諧振頻率公式給出的是個理論值，但是由于線圈中還存在阻抗匹配、漏感等因素的影響，所以實際線圈初次級扎數比需要進行試驗得出。

四、升壓脈沖變壓器的試制

升壓脈沖變壓器的試驗如下：

1.初級雙線并繞，次級單線，初次級電感量比為1.38：228，初級放電電壓240V，次放電電壓為2580V。波形如圖1。但是，由于儀器的外徑限制，該線圈的外徑>34mm，故需修改線圈次級線徑。同時，放電時伴有二次放電現象。

圖1

2.次級線徑減少0.07mm，初級雙線并繞，次級單線，初次級電感量比為1.42：224，初級放電電壓240V，次放電電壓為2340V，與（1）相比，次級放電電壓略微下降，兩次的工作電流基本不變，線圈尺寸已經符合儀器結構要求。波形如圖2。但是，尚未解決二次放電現象。

圖2

3.用50mm高度鐵芯，初級雙線并繞，次級單線，初次級電感量比為4.78：1090，初級放電電壓240V，次放電電壓為3320V。二次放電現象消失，放電電壓提高至3000V以上，并且尺寸符合儀器結構要求。波形如圖3。但由于該高度鐵芯存在生產上的困難，需進行調整。

圖3

4.用兩個高度為30mm的鐵芯壘在一起進行打包處理，再繞制變壓器。初級雙線并繞，次級單線，初次級電感量比為2.5：728，初級放電電壓240V，次放電電壓為3420V。波形如圖4。放電電壓3000V以上，并且尺寸符合儀器結構要求。兩個并在一起的鐵芯，既保證了電感量，又解決了鐵芯生產加工難的問題。

圖4

經過上述幾次試驗后，最后方案（4）從參數性能和外徑尺寸方面都比較適合SJC-10C儀器的使用，既提高了發射能量，又不至于能量過高而造成體波信號過大，故采用方案進行繞制升壓脈沖變壓器。SJC-10C在不加水槽情況下，檢測體波時，看到波形如圖5：

圖5

總結

新設計繞制的升壓脈沖變壓器，很好地匹配了SJC-10C水泥膠結綜合測井儀，不但滿足了其提高能量，適用于5-1/2”套管的要求，又避免了體波過大，對測井曲線的影響。能使SJC-10C在水平井測井中發揮了重要的作用。

[1]尹克寧.變壓器設計原理.中國電力出版社.2003.