CN102290222A - 大功率高频高压整流变压器 - Google Patents

Abstract

本发明的大功率高频高压整流变压器，包括铁芯、低压绕组、高压绕组、整流电桥和变压器油箱，所述铁芯选用长方矩形超微晶变压器铁芯，低压绕组用宽铜箔分2组同方向绕于铁芯长边柱上的2个低压骨架上，高压绕组中的一半数量的高压分绕组依次绕制在1个高压线圈骨架上，高压绕组中的另一半数量的高压分绕组依次绕制在另1个高压线圈骨架上，2个高压线圈骨架分别套装在2个低压绕组上，高压绕组中的各高压分绕组分别与各自配套的整流电桥的输入端连接，解决了高频电源开关因变压器次级绕组的分布电容的反射而损坏等问题，工作频率范围可达10～50kHz，其直流输出额定电压为72kv，输出额定功率不小于100kW。满负荷连续运行的温升<40℃。是大型静电除尘器高压电源理想的升压设备。

Description

大功率高频高压整流变压器

技术领域

本发明涉及一种特种变压器，特别是一种频率在10～50kHz、输入交变电压为530v、功率可大于100kW、输出直流电压可达72kv的升压装置。它是节能高效新产品“高频电源”的关键部件，与电除尘器本体配套完成对锅炉烟气的除尘，属于变压器领域。

背景技术

全球变暖，全世界都在开展治理以煤炭为燃料造成的环境污染。煤燃烧后产生的最大污染就是粉尘，有效治理粉尘污染的常用设备就是电除尘器。随着国家的发展，对粉尘排放浓度的标准越提越高。目前国家对大气烟尘排放的标准是50mg/m³,正在制定更高的标准30mg/m³。电除尘器及其电控技术也必须随之发展。

静电除尘器的工作原理是：在除尘器极板极线间加一高压直流电场，使流经该电场的烟尘颗粒产生电荷，向两极运动并附着在极板上，累积到一定厚度时将其击落送走，其除尘效果主要取决于为极板提供高压直流电场的高压整流变压器。

目前的静电除尘的变压器铁芯多为矽钢片或铁氧体材料，矽钢片材料的频率范围较低，只能用于制成50Hz的高压整流变压器,且它体积庞大，损耗大，效率低，向电除尘器提供的电压纹波大，除尘器的除尘效率低。铁氧体材料的频率较高，但制成的变压器其输出功率较小，达不到大型静电除尘器的要求。如仍按现有的矽钢片或铁氧体材料为铁芯制作的变压器，即使通过技术改造也已很难达到新的烟气排放要求，因此特别需要为大型静电除尘器研制专用的大功率高频高压电源。

根据实际需求，我院对已用于互感器作铁芯的超微晶铁芯进行专门研究后发现，超微晶材料是以铁为基材，加入少量铌、硼等稀有元素，通过急冷工艺制成厚度小于0.025mm的簿片状带材，用这种簿片状超微晶带材通过绕制重叠成型，再通过热处理和定型等工艺处理后制成超微晶铁芯，该超微晶铁芯的电磁特性和频率特性都很好，适合在10～50kHz的高频条件下正常工作，同时还具有功耗低和温升小等性能，可制成大功率高频高压电源的变压器铁芯，并对超微晶变压器铁芯制作方法及其专用模具申请了CN101572182号发明专利，但由于线圈绕制特别是高压线圈的绕制方法未能突破矽钢片铁芯变压器或铁氧体铁芯变压器的绕制方法，致使超微晶铁芯制作的大功率高频高压变压器极易烧坏而未能成功。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有除尘变压器输出功率较小、电压纹波大等不足之处，使用超微晶变压器铁芯，提供一种工作频率高达10～50kHz，电压纹波小，输出直流电压高达72kv，输出功率不小于100kW的适合大型静电除尘器要求的大功率高频高压整流变压器。

本发明的大功率高频高压整流变压器，包括铁芯、低压绕组、高压绕组、整流电桥和变压器油箱，所述铁芯选用长方矩形超微晶变压器铁芯，低压绕组用宽铜箔分2组同方向绕于铁芯长边柱上的2个低压骨架上，高压绕组中的一半数量的高压分绕组依次绕制在1个高压线圈骨架上，高压绕组中的另一半数量的高压分绕组依次绕制在另1个高压线圈骨架上，2个高压线圈骨架分别套装在2个低压绕组上，高压绕组中的各高压分绕组分别与各自配套的整流电桥的输入端连接，各整流电桥的输出端分别并联1个固定电容，各整流电桥的输出端依次串联后的变压器输出的正压端与变压器外壳连接，变压器输出的负压端与变压器高压接线端子连接，二组低压绕组用宽铜排串联后与10～50kHz、530V交变电压连接，变压器的直流输出额定电压为72kv，输出额定功率不小于100kW，变压器和整流电桥及固定电容安装在变压器油箱内。

所述高压线圈骨架选用耐压达10000V/mm的DMC材料压铸而成, 每个骨架设有与高压分绕组数量相等的线槽，各高压分绕组分别绕制在同1个线槽中，线槽壁上设有以利于散热的导油孔。

为了提高散热性能，所述变压器油箱两侧设有散热器，并在变压器油箱顶部、两侧和后部设有钢板围挡构成的强迫风冷通道，为了防止高频磁场的电磁涡流造成的发热，变压器顶部钢板选用无磁钢板。

由于现有二极管的反向电压较低，可用多个二极管串联以提高工作电压，所述整流电桥的4个桥臂分别由不少于5个高压高频二极管串联而成，为了防止二极管因性能不一致而被击穿，可在各高压高频二极管两端分别并联一个均压电阻。

所述高压高频二极管选用D07-15或TE2515或RU4D或BY228或FR309，所述均压电阻选用5.1～10MΩ，所述固定电容选用1～10nf高压电容。

为了便于监控变压器运行情况，可增设电流采样电阻、电压采样电阻和分压电阻，所述电流采样电阻串联在正压端与变压器外壳之间，电流采样电阻的输出端与监控电流表联接，电压采样电阻与分压电阻串联后并联在高压接线端子与变压器外壳之间，电压采样电阻的输出端与监控电压表联接。所述电流采样电阻选用5Ω，电压采样电阻选用2.5KΩ，分压电阻选用150MΩ。

所述高压绕组中的高压分绕组的数量为10～30个，优选为20个，每个高压分绕组与低压绕组的匝数比为15～5︰1，优选为7.5︰1，低压绕组的交变电压频率为10～50kHz，优选为20 kHz。

本发明的大功率高频高压整流变压器，由于低压绕组的箔绕形式，克服了高频电能传导的趋肤效应；将高压绕组分成若干个高压分绕组分段绕制，使每个高压分绕组的电压并不太高，各高压分绕组线圈的圈数较少，感抗和容抗较小，解决了高频电源开关因变压器次级绕组的分布电容的反射而损坏的问题，又因每个高压分绕组分别与各自配套的整流电桥的输入端连接，能很好的将各个分绕组相互隔开，解决了小体积高压变压器的内部击穿的问题，进一步提高变压器的使用寿命，各整流电桥的输出端依次串联后输出，使总的输出电压很高而等于各分绕组电压之和，本发明的大功率高频高压整流变压器，工作频率范围可达10～50kHz，优选为20 kHz，调节高频开关电源的占空比，即可调节输出功率，其直流输出额定电压为72kv，输出额定功率不小于100kW。满负荷连续运行的温升<40℃。用该高频变压器比原有工频变压器作用于相同的电除尘器，其除尘效率可提高40%以上，在同等效率情况下，电除尘器可节电50%以上。是大型静电除尘器高压电源理想的升压设备。

附图说明

附图1是本发明使用的超微晶变压器铁芯的结构示意图；

附图2是本发明的大功率高频高压整流变压器的一种内部结构示意图；

附图3是附图2的侧面结构示意图；

附图4是本发明的大功率高频高压整流变压器的一种电路结构示意图；

附图5是附图4中的整流电桥的一种结构示意图；

附图6是本发明的大功率高频高压整流变压器的壳体结构示意图。

具体实施方式

本发明使用的铁芯为适合在10kHz～50kHz频率范围内工作的闭环长方矩形的超微晶变压器铁芯，其制作方法如CN101572182A所述，选用超微晶薄带材制成，其结构如图1所示，本发明选用的铁芯截面为60mm×60mm。

参见附图2和3，图中的1是变压器超微晶铁芯，2低压骨架及低压绕组，3是高压绕组，4是高压线圈骨架，5是2个高压线圈骨架之间的隔板，6是电桥板，7是木夹板，8是2个低压绕组之间串联的宽铜排，9是分压电阻，10是低压引入线，11是与变压器高压接线端子连接的高压引出线，12是无磁钢板，13是变压器油箱，14钢板围挡，15是散热器，16是风道口。

本发明的大功率高频高压整流变压器，包括铁芯1、低压绕组2、高压绕组3、电桥板6和变压器油箱14，所述铁芯1选用长方矩形超微晶变压器铁芯，低压绕组2用宽铜箔分2组同方向绕于铁芯1长边柱上的2个低压骨架上，高压绕组3中的一半数量的高压分绕组依次绕制在1个高压线圈骨架4上，高压绕组中的另一半数量的高压分绕组依次绕制在另1个高压线圈骨架上，2个高压线圈骨架4分别套装在2个低压绕组2上，如图2和图3所示；高压绕组3中的各高压分绕组L1～Ln分别与各自配套的整流电桥D1～Dn的输入端连接，为了防止万一空载而电压升高，可在各整流电桥的输出端分别并联1个固定电容C1～Cn ，可同时起轻载和滤波作用，整流电桥D和固定电容C安装在电桥板6上，各整流电桥D1～Dn的输出端依次串联后的变压器输出的正压端与变压器外壳连接，如图4所示，变压器输出的负压端X3经高压引出线11与变压器高压接线端子连接，2组低压绕组之间用宽铜排8串联后的2个输入端10（图4中的X1和X2）与10～50kHz、530V交变电压连接，变压器的直流输出额定电压为72kv，输出功率不小于100kW，变压器和电桥板6安装在变压器油箱13内。

所述高压线圈骨架4选用耐压达10000V/mm的DMC材料压铸而成, 2个高压线圈骨架上设有与高压分绕组数量相等的线槽，各高压分绕组分别绕制在同1个线槽中，线槽壁上设有以利于散热的导油孔。

为了提高散热性能，所述变压器油箱13两侧设有散热器15，并在变压器油箱顶部、两侧和后部设有钢板围挡14构成的强迫风冷通道，可用风机将空气从变压器后部围档下端的进风口吸入，经过上部的风道口16向两侧风道吹去（如图2和3中的箭头所示），再经两侧风道将其中散热器15的热量从两侧风道下端的出风口吹出，散热降温效果较好。为了防止低压引入线10的高频磁场在穿过钢板产生电磁涡流而造成发热，可将变压器油箱13顶部钢板12选用无磁钢板，如图6所示。

由于现有二极管的反向电压较低，可用多个二极管串联以提高工作电压，所述整流电桥D1-Dn看的4个桥臂分别由不少于5个高压高频二极管V串联而成，为了防止二极管V因性能不一致而被击穿，可在各高压高频二极管V两端分别并联一个均压电阻R。其电路连接关系如图5所示。

所述高压高频二极管V选用D07-15或TE2515或RU4D或BY228或FR309，所述均压电阻R选用5.1～10MΩ，所述固定电容C1～Cn选用1～10nf高压电容。

为了便于监控变压器运行情况，可增设电流采样电阻R1、电压采样电阻R2和分压电阻R3，参见图4，所述电流采样电阻R1串联在变压器输出的正压端与变压器外壳之间，电流采样电阻R1的输出端X4与外接的监控电流表联接，电压采样电阻R2的一端与变压器外壳连接，电压采样电阻R2的另一端为输出端X5并与分压电阻R3（图3中的9）串联后与高压接线端子X3（变压器输出的负压端）连接，电压采样电阻R3的输出端X5与外接监控电压表联接，高压接线端子X3与大型静电除尘器连接。变压器的两个输入端X1和X2（图2和图3中的10）与10～50kHz、530V交变电压连接。所述电流采样电阻R1选用5Ω，电压采样电阻R2选用2.5KΩ，分压电阻R3选用150MΩ。

所述高压绕组中的高压分绕组L1～LN的数量为10～30个，优选为20个，每个高压分绕组与低压绕组的匝数比为15～5︰1，优选为7.5︰1，低压绕组的交变电压频率为10～50kHz，优选为20 kHz。

现以高压分绕组的数量为20个，每个高压分绕组与低压绕组的匝数比为7.5︰1，低压绕组的交变电压频率为20 kHz为例作进一步描述如下：如低压绕组的匝数设为14圈，用宽铜箔分2组（每组7圈）同方向绕于铁芯长边柱上的2个低压骨架上，则每个高压分绕组的匝数为14×7.5＝105圈，当低压绕组与20kHz、530V交变电压连接后，变压器的各高压分绕组输出的交变电压分别为3975V，20个高压分绕组输出的总电压可达79 kv，在去除各种损耗后，经测量的实际直流输出额定电压为72kv，输出额定功率可达120kW，满负荷连续运行的温升<40℃，用该高频变压器比原有工频变压器作用于相同的电除尘器，其除尘效率可提高40%以上，在同等效率情况下，电除尘器可节电50%以上，是大型静电除尘器高压电源理想的升压设备。

Claims (8)

1.一种大功率高频高压整流变压器，包括铁芯、低压绕组、高压绕组、整流电桥和变压器油箱，其特征在于铁芯选用长方矩形超微晶变压器铁芯，低压绕组用宽铜箔分2组同方向绕于铁芯长边柱上的2个低压骨架上，高压绕组中的一半数量的高压分绕组依次绕制在1个高压线圈骨架上，高压绕组中的另一半数量的高压分绕组依次绕制在另1个高压线圈骨架上，2个高压线圈骨架分别套装在2个低压绕组上，高压绕组中的各高压分绕组分别与各自配套的整流电桥的输入端连接，各整流电桥的输出端分别并联1个固定电容，各整流电桥的输出端依次串联后的变压器输出的正压端与变压器外壳连接，变压器输出的负压端与变压器高压接线端子连接，2组低压绕组用宽铜排串联后与10-50kHz、530V交变电压连接，变压器的直流输出额定电压为72kv，输出功率不小于100kW，变压器和整流电桥及固定电容安装在变压器油箱内。

2.如权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述高压线圈骨架选用耐压达10000V/mm的DMC材料压铸而成, 每个骨架设有与高压分绕组数量相等的线槽，各高压分绕组分别绕制在同1个线槽中，线槽壁上设有以利于散热的导油孔。

3.如权利要求2所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述变压器油箱两侧设有散热器，变压器油箱顶部、两侧和后部设有钢板围挡构成的强迫风冷通道，变压器油箱顶部钢板选用无磁钢板。

4.如权利要求1或2或3所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述整流电桥的4个桥臂分别由不少于5个高压高频二极管串联而成，各高压高频二极管两端分别并联一个均压电阻。

5.如权利要求4所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述高压高频二极管选用D07-15或TE2515或RU4D或BY228或FR309，所述均压电阻选用5.1～10MΩ，所述固定电容选用1～10nf高压电容。

6.如权利要求5所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于还包括电流采样电阻、电压采样电阻和分压电阻，所述电流采样电阻串联在正压端与变压器外壳之间，电流采样电阻的输出端与监控电流表联接，电压采样电阻与分压电阻串联后并联在高压接线端子与变压器外壳之间，电压采样电阻的输出端与监控电压表联接。

7.如权利要求6所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述电流采样电阻选用5Ω，电压采样电阻选用2.5KΩ，分压电阻选用150MΩ。

8.如权利要求6所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述高压绕组中的高压分绕组的数量优选为20个，每个高压分绕组与低压绕组的匝数比优选为7.5︰1，低压绕组的交变电压频率优选为20 kHz。

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