1 引言
高压脉冲变压器广泛应用在高能物理、激光、雷达、直线电子加速器等技术领域内，由于电压越来越高，对波形的要求也越来越严，工程实施起来也就越来越难。对于脉冲电压几百千伏的超高压脉冲变压器来说，传统意义上的圆筒式绕组结构已不能满足其要求，或者说如果要满足其要求就必须使用更大的铁芯，占用更大的体积，其经济性不好。因此，非常有必要尝试采用新型的绕组结构，锥形结构绕组就是其中较理想的一种。
2 锥形绕组结构介绍
普通脉冲变压器绕组的层间绝缘厚度是不变的，一般来说，初级绕组绕制一层，次级绕组绕制一层或几层，而初次级间的绝缘距离由加在它们之间的最高电压决定。这种结构在电压 50kV 以下的脉冲变压器中应用较合适，如果脉冲电压高达几百千伏，其最大绝缘距离较大，如果还采用普通绕组结构的话，首先就要求铁芯有较大的窗宽以满足最高电压几百千伏的绝缘，这样铁芯体积较大，在低压段部分利用率很低，采用锥形绕组结构就可以避免这种情况。所谓锥形绕组，就是指初次级绕组间的绝缘厚度 δ 在整个绕组长度 h 上按电压线性变化， 保持电压梯度不变，如图 1 所示　
3 锥形结构绕组优势
(1) 漏感小：设计脉冲变压器的工程师都知道，漏感是脉冲变压器的重要参数之一，漏感的大小直接影响着输出脉冲波形的前沿特性。要减小漏感，除了减小初级匝数和绝缘距离外，增加初次级绕组交替绕制组数 M 也是比较有效的方法之一，但对于几百千伏的超高压脉冲变压器而言，初次级绕组交替绕制对耐压绝缘处理很难实现。通过对比普通结构绕组与锥形绕组的漏感计算公式式1-1和1-2
    (H)     式1－1
锥形绕组漏感计算公式： 
 (H)   式1－2
不难看出，由于 δ1 很小，δ 与 δ2 相等，lm2<lm1，因此锥形结构绕组漏感减小约 1/2。另一重要参数分布电容增加不大，由于其计算较复杂，在这就不详述了。
(2) 经济性好：
锥形绕组的绝缘厚度按电压线性变化，电压梯度不变，因此，铁芯窗宽比普通绕组要小，铁芯重量减少。另外，绕组导线的平均匝长减小， 使用铜线也就减少了，相应地主绝缘材料的用量也比普通绕组少了 。
因此，相比与普通绕组，锥形绕组使用了更少的铁、铜和绝缘材料，自然价格更低，经济性更好。
4 工程实施验证
我公司成功研制了一台采用锥形绕组结构，应用在直线加速器中的超高压脉冲变压器，输出电压 300kV，实物图片如下图所示。  
我们采用不切开铁芯，初次级绕组环氧骨架单层刻槽绕制，初级绕组 20kV 绕在 铁芯上，次级高压采用锥形绕组 架空结构。初次级绕组全部用 TEX-E 三层绝缘高压线绕制，避免匝间短路。
成功研制超高压脉冲变压器，设计保证是一方面，加工过程中的工艺处理也至关重要。对高压元件来说，细微处的尖角或毛刺就可以使变压器击穿，在此，工艺过程就不详述了。
5 结束语
超高压脉冲变压器中采用锥形绕组结构，不仅能大大减小漏感，降低脉冲前沿的畸变，改善脉冲波形，而且还能减小铁芯体积及脉冲变压器的外形尺寸，提高变压器的功率密度，成本也更低。因此可以说，锥形绕组结构是超高压脉冲变压器中比较理想的一种绕组结构。本文得到樊岳良高级工程师的热心指点，在此深表感谢！

参考文献
[1] 王瑞华，脉冲变压器设计，科学出版社，电子变压器手册，辽宁科学技术出版社
[2] C. F. Wilds， The Cone-shaped Windings of Pulse Transformer