CN101521095B - 一种高频开关电源变压器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高频开关电源变压器，其包括磁芯、骨架和线圈绕组；所述磁芯由开关电源所用的磁芯材料制成；所述磁芯设有中柱，其周围设有窗口；所述中柱套有绝缘套，绝缘套为骨架；所述骨架设有连接柱，其外表面上由内向外依次缠绕的是次级绕组、次级绝缘层、隔离层、初级绝缘层、初级绕组，它们构成线圈绕组；所述连接柱的两端设有档片，在档片与所述线圈绕组之间有初级绝缘填充层和次级绝缘填充层；所述骨架两边的出线排的距离，大于空气条件下达到所需的隔离电压的空气放电距离。该变压器可提供初次级绕组间6kV～10kV的隔离电压，安全防护等级高。
Description
技术领域
本发明涉及变压器，具体涉及一种高隔离安全保护的高频开关电源变压器。
背景技术
在电力系统中，常用工频变压器将一次中压线路和二次低压电路进行隔离，提供安全操作。自国家标准(GB/T 20840.7-2007)发布后，电子式电压互感器得到推广应用。现有的基于电容分压的电子式电压互感器，多采用将一次工频高电压(110KV—500KV)分压至100V的工频电压，同时在100V电压端并接有放电间隙，作为一次分压电容击穿电压的钳位保护，钳位电压一般在6KV左右，因此后续电路的隔离电压需超过6KV才能提供安全保护。100V电压经过后续的电路处理，转换为数字信号，由合并单元处理传输。在这种电器连接关系中，信号通道一般采用光纤连接，光纤对高压和低压部分进行电气绝缘，但同分压电容连接的电路部分需工作电源。工作电源的提供一般采用两种方式：一种由高压分压电容提供，实现同低压电路完全隔离，但这种方式的供电必须一次高压电压有电压，若一次没有电压，也就没有供电电压，有使用的局限性。另一种方式是由低压部分提供同高压连接电路的工作电源，在这种方式中，要解决电源传递部分的绝缘隔离和故障保护，以防止高压击穿高压分压体，经电源传递通道进入低压电路部分，进而影响后面提供电源的电力操作电源，引发安全事故，这就需要隔离电源的变压器。
目前常用的隔离电源的变压器，有带开关的电源变压器和高隔离的电源变压器。常规开关电源变压器由于隔离电压低，致使安全保护等级低，不能满足要求。尽管高隔离的电源变压器能够克服所述开关电源变压器的弊病，但由于体积大，需充油充气，成本高，不便于小型化，而影响其推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种高频开关电源变压器，该变压器可提供初次级绕组间6KV～10KV的隔离电压，安全防护等级高。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种高频开关电源变压器包括磁芯、骨架和线圈绕组；所述磁芯由开关电源所用的磁芯材料制成；所述磁芯设有中柱，其周围设有窗口；所述中柱套有绝缘套，绝缘套为骨架；所述骨架设有连接柱，其外表面上由内向外依次缠绕的是次级绕组、次级绝缘层、隔离层、初级绝缘层、初级绕组，它们构成线圈绕组；所述连接柱的两端设有档片；在档片与所述线圈绕组之间有初级绝缘填充层和次级绝缘填充层；所述骨架两边的出线排的距离，大于空气条件下达到所需的隔离电压的空气放电距离。
本发明提供的变压器与现有技术相比，主要有以下的优点：
其一.在正常工作条件下，本发明变压器就是一个常用的传递能量的开关电源变压器，在一次电压分压体出现故障的情况下，能提供6KV～10KV的隔离电压，并且将该隔离电压对地泻放，而保护后面提供电源的电力操作电源的安全。
其二.采用特别的绕制工艺，以常规的材料例如采用常规的开关电源磁芯制作，可达到高频开关电源变压器所需的换能特性。
其三.制作方便。
其四.所制作的变压器具有高绝缘性能，高隔离度，同时对初级电路提供完全的安全保护，不用充油，也不用充气，并且体积小和成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的磁芯结构示意图。
图3是本发明的骨架结构示意图。
图4是本发明的等效电路示意图。
图5是本发明的绕制结构示意图。
图中：1.磁芯；2.骨架；3.线圈绕组；4.第四引出线；5.第一上引出线；6.第一中引出线；7.第一下引出线；8.第三上引出线；9.第三下引出线；10.第二上引出线；11.第二下引出线；12.初级绝缘填充层；13.初级绝缘层；14.次级绝缘层；15.隔离层；16.第一初级绕组(N1)；17.反馈绕组(N2)；18.第一次级绕组(N3)；19.第二次级绕组(N4)；20.窗口；21.中柱；22.次级绝缘填充层。
具体实施方式
下面结合实例及附图对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示：本发明的变压器包括磁芯1、骨架2和线圈绕组3。所述磁芯由开关电源所用的磁芯材料制成。所述磁芯设有中柱21，其周围设有窗口20。所述中柱21套有绝缘套，绝缘套为骨架2。所述骨架2还设有连接柱，连接柱中心设有与磁芯中柱21相配套的孔，连接柱的外表面上由内向外依次缠绕的是次级绕组、次级绝缘层14、隔离层15、初级绝缘层13、初级绕组，它们构成线圈绕组3。所述连接柱的两端设有档片，在档片与所述线圈绕组3之间有初级绝缘填充层12和次级绝缘填充层22。所述骨架2两边的出线排的距离，大于空气条件下达到所需的隔离电压的空气放电距离。
如图1、图4和图5所示，次级绕组包括第一次绕组(N3)18和第二次级绕组(N4)19，它们并绕在骨架2的连接柱上，两边分别引出绕线第一上引出线5和第一下引出线7，中间绕线并接后引出第一中引出线6。
初级绕组包括第一初级绕组(N1)16和反馈绕组(N2)17。第一初级绕组16引出第二上引出线10和第二下引出线11；反馈绕组17引出第三上引出线8和第三下引出线9。
所述开关电源所用的磁芯材料可为PQ型、EC型、EE型或EI型。所述初级绕组和次级绕组均可由利兹线绕制而成。所述隔离层15可由铜带在次级绝缘层14外绕制而成。
所述高频开关电源变压器的制备方法，包括：
a.先根据初级绕组和次级绕组之间所需的隔离电压选择骨架2的大小，即骨架2两边的出线排的距离应大于空气条件下达到所需的隔离电压的空气放电距离。而且一般选用卧式骨架。
b.选定骨架2后，再按照传递所需功率和开关电源所用的磁芯材料来配备磁芯1。
c.根据开关电源设计要求，确定初级绕组和次级绕组的匝数，并且根据每个线包的匝数选择好相应利兹线的长度，将整段利兹线套上高压绝缘套管，高压绝缘套管的内径略大于利兹线的直径，便于加工操作又不容易脱落。
d.根据所选用绝缘层的绝缘薄膜的耐压和所需的隔离电压决定绝缘层的层数，并且多取20％余量。绝缘层包括初级绝缘层13和次级绝缘层14。
e.根据以下步骤开始绕制：
次级绕组的绕制：先将第一次绕组(N3)18和第二次级绕组(N4)19并绕并且引出三根引出线。绕组位于骨架2中间，绕组到骨架2两边的挡板各留9～11mm空隙。绕组完成后，在两边的空隙中用绝缘材料薄膜添满空隙，高度和绕组高度一致，至此完成次级绝缘填充层22。
次级绝缘层14的绕制：用和骨架2等宽的绝缘材料薄膜，在次级绕组和次级绝缘填充层上密绕相应的层数。
隔离层15的绕制：先取比骨架2宽少2mm和长比次级绝缘层14外周长长4～6mm的薄铜皮，在铜皮上焊接额定电流1A的利兹线作为第四引出线4。再将整个铜皮用绝缘材料薄膜覆盖，使其全部绝缘。然后将第四引出线4全部套上高压套管，并将制作好的隔离层15覆盖在次级绝缘层14绕制上，固定第四引出线4。
初级绝缘层13的绕制：按次级绝缘层14工艺绕制，覆盖在隔离层15上。
初级绕组的绕制：初级绕组由第一初级绕组16和反馈绕组17组成，它们按次级绕组工艺绕制，并且引出四根引线，绕制在初级绝缘层13上。初级绕组完成后，在两边的空隙中用绝缘材料薄膜添满空隙，高度和绕组高度一致，至此完成初级绝缘填充层12。
f.最后组装变压器，并且经固定、烘干和浸漆处理，即得到所述高频开关电源变压器。
上述方法中，开关电源所用的磁芯材料可为PQ型、EC型、EE型或EI型，所述利兹线可采用漆包线。初级绕组和次级绕组均可由漆包线绕制而成，漆包线的直径根据流过的峰值电流选定。所述第一上引出线5、第一中引出线6、第一下引出线7和第四引出线4在骨架出线侧同一侧，第二上引出线10、第二下引出线11、第三上引出线8和第三下引出线9在骨架出线侧另一侧。
本发明的工作过程是：本发明的变压器正常工作时和通用的高频开关电源变压器工作原理一样，通过磁场传递能量，初级绕组连接被保护的电源端，次级连接和高电压有电气连接的端，隔离层连接大地。正常工作状态下，本变压器的作用：1.向次级提供能量；2.隔离初次级的电气连接，提供6KV～10KV工频隔离。3.保护状态下，本变压器次级由高压电气击穿，经空气放电保护器件后，高的残余电压高过次级和隔离层的绝缘电压后，击穿绝缘，通过隔离层对地放电，保护初级电气不受高压影响，保护初级绕组相连的电器设备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。因为在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，得到高频开关电源变压器的系列产品。
Claims (4)
1.一种高频开关电源变压器的制备方法，其特征是：
a.先根据初级绕组和次级绕组之间所需的隔离电压选择骨架(2)的大小，即骨架(2)两边的出线排的距离应大于空气条件下达到所需的隔离电压的空气放电距离；
b.选定骨架(2)后，再按照传递所需功率和开关电源所用的磁芯材料来配备磁芯(1)；
c.根据开关电源设计要求，确定初级绕组和次级绕组的匝数，并且根据每个线包的匝数选择好相应利兹线的长度，将整段利兹线套上高压绝缘套管，高压绝缘套管的内径略大于利兹线的直径；
d.根据所选用绝缘层的绝缘薄膜的耐压和所需的隔离电压决定绝缘层的层数，并且多取20％余量；
e.根据以下步骤开始绕制：
次级绕组的绕制：次级绕组包括第一次级绕组(18)和第二次级绕组(19)，先将两个次级绕组并绕并且引出三根引出线，绕组位于骨架(2)中间，绕组到骨架(2)两边的挡板各留9～11mm空隙；绕组完成后，在两边的空隙中用绝缘材料薄膜添满空隙，高度和绕组高度一致，至此完成次级绝缘填充层(22)；
次级绝缘层(14)的绕制：用和骨架(2)等宽的绝缘材料薄膜，在次级绕组和次级绝缘填充层上密绕相应的层数；
隔离层(15)的绕制：先取比骨架(2)宽少2mm和长比次级绝缘层(14)外周长长4～6mm的薄铜皮，在铜皮上焊接额定电流1A的利兹线作为第四引出线(4)，再将整个铜皮用绝缘材料薄膜覆盖，使其全部绝缘，然后将第四引出线(4)全部套上高压套管，并将制作好的隔离层(15)覆盖在次级绝缘层(14)绕制上，固定第四引出线(4)；
初级绝缘层(13)的绕制：按次级绝缘层(14)工艺绕制；
初级绕组的绕制：初级绕组由第一初级绕组(16)和反馈绕组(17)组成，它们按次级绕组工艺绕制，并且引出四根引线；绕组完成后，在两边的空隙中用绝缘材料薄膜添满空隙，高度和绕组高度一致，至此完成初级绝缘填充层(12)；
f.最后组装变压器，并且经固定、烘干和浸漆处理，即得到所述高频开关电源变压器。
2.根据权利要求1所述的高频开关电源变压器的制备方法，其特征是：所述开关电源所用的磁芯材料为PQ型、EC型、EE型或EI型，所述利兹线采用漆包线。
3.根据权利要求1所述的高频开关电源变压器的制备方法，其特征是：所述初级绕组和次级绕组均由漆包线绕制而成，漆包线的直径根据流过的峰值电流选定。
4.根据权利要求1所述的高频开关电源变压器的制备方法，其特征是：步骤e中，第一次级绕组(18)和第二次级绕组(19)两边绕线分别引出第一上引出线(5)和第一下引出线(7)，中间绕线并接后引出第一中引出线(6)；第一初级绕组(16)引出第二上引出线(10)和第二下引出线(11)；反馈绕组(17)引出第三上引出线(8)和第三下引出线(9)；所述第一上引出线(5)、第一中引出线(6)、第一下引出线(7)和第四引出线(4)在骨架出线侧同一侧出线，所述第二上引出线(10)、第二下引出线(11)、第三上引出线(8)和第三下引出线(9)在骨架出线侧另一侧出线。
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