近年来,随着国家鼓励军民融合等相关政策的出台,脉冲功率技术应用范围从国防科研、高新技术研究逐渐扩展到民用工业应用领域。Tesla变压器脉冲源所具备的重复频率高、体积小、能量转换效率高等特点非常适合于工业应用场合。目前,已有学者开展其在电脉冲破碎、静电除尘、食品杀菌、水污染处理等方面的应用研究。随着应用范围的扩大,Tesla变压器的设计要求也越来越高,重频化、模块化、小型化是其未来的发展方向。现阶段,Tesla变压器设计过程较为复杂,关键参数的计算方法多样,计算精度不高;绝缘强度设计依靠传统经验,缺乏理论计算分析。这些问题导致Tesla变压器输出参数与目标参数有一定的差距,变压器长期稳定运行也存在一定的绝缘安全风险。因此,本文针对这些问题开展了高功率Tesla变压器的理论设计,针对变压器的参数计算和结构优化开展深入研究具有较好的工程应用价值和理论指导意义。本文通过Tesla变压器工作电路分析推导出了Tesla变压器的电压、电流表达式,确定了电路中初、次级线圈电感和电阻为主要影响因素;利用COMSOL仿真软件建立了工作电路模型,分析了初、次级线圈和电阻对次级端输出波形的影响;建立了Tesla变压器模型,分别利用公式估算法和有限元法计算了初级和次级电感,对比可知有限元法计算线圈电感更准确且具有通用性;利用有限元法计算了Tesla变压器的电容参数,为分析计算次级绕组承受脉冲高压时的匝间电压提供依据。针对应用于电脉冲破碎的Tesla变压器脉冲源的参数要求,本文在理论计算分析基础上,利用COMSOL有限元软件分析了磁芯以及线圈结构对Tesla变压器电感的影响,选定磁芯材料,完成了磁芯结构和初次、级线圈结构的优化设计。根据Tesla变压器的电场分布规律,可知次级高压绕组首、尾两端电场分布较强,通过增加屏蔽环、首端绕组并联绕制等措施可以有效减小此区域的电场分布,确保变压器的绝缘安全。最后根据设计的Tesla变压器计算了脉冲输出波形,输出电压幅值为2.02?10~5 V,仿真计算参数与目标参数一致,验证了Tesla变压器的理论设计的准确性。