CN103259425A - 大功率高频高压整流变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率高频次高压流变压器，磁芯由多组“跑道”形的超微晶或铁氧体并叠而成，初级绕组同方向绕于磁芯，次级分绕组绕于初级绕组外层；初级绕组和次级绕组的次级分绕组分别以磁芯的两个长边为中心进行分层绕线，并且各层之间存在带油道的绝缘板层；硅堆由多个桥式整流器依次串联构成；次级绕组的接线端子分别与桥式整流器连接，桥式整流器的串联方式为内层次级分绕组连接的全桥整流器的负压端子和与之相邻的外层次级分绕组连接的全桥整流器的正压端子连接；硅堆正压端子与变压器外壳连接，硅堆负压端子与变压器高压端子连接；变压器外壳接地。本发明适合大型静电除尘器要求的大功率高频高压整流变压器，具有体积小、重量轻、效率高、损耗小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及10kHz以上的高频变压器，属变压器制造领域，主要用于诸如静电除尘器等高压DC输出场合。
背景技术
2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了细颗粒物监测指标。2013年2月28日，全国科学技术名词审定委员会称PM2.5拟正式命名为“细颗粒物”。PM2.5产生的主要来源日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有害物质，所以降低PM2.5的一种有效方法是采用静电除尘器对日常发电、工业生产等排放的废气进行处理。
静电除尘器的工作原理是利用静电吸引原理，依靠高压静电使烟气中的悬浮尘粒从气体中分离出来，并吸附在两个极板上，极板上的烟尘颗粒积累到一定厚度后，经过振打装置将其击落。
现行的电除尘供电电源中，仍主要用工频变压器，这种变压器铁芯多为硅钢片。因硅钢片的频率范围较低，制造这种变压器需要大量的铜和铁，故其体积庞大，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。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变压器。
静电除尘的效率与供电电源的频率成正比，频率越高效率越高，也越节能，所以需要研制大功率高频高压变压器。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，使用超微晶或铁氧体为磁芯，提供一种工作频率高达10kHz～200kHz，输出直流电压50kV～150kV，输出功率50kW～500kW，其中工作频率在50kHz以上时，最大输出功率为200kW，适合大型静电除尘器要求的大功率高频高压整流变压器，具有体积小、重量轻、效率高、损耗小等特点。
本发明的大功率高频高压整流变压器，包括磁芯、初级绕组、带油道的绝缘板层、次级绕组、硅堆、变压器外壳和变压器高压端子，磁芯由多组“跑道”形的超微晶或铁氧体并叠而成；初级绕组采用利兹线同方向绕于磁芯的两长边上，初级绕组的接线端子由磁芯的一个短边引出，两个长边上的初级绕组经另一个短边连接，初级绕组和磁芯之间存在带油道的绝缘板层；次级绕组由多层次级分绕组构成，次级分绕组采用利兹线依次绕于初级绕组外层，并且同方向绕于磁芯的两长边上，次级分绕组的接线端子由磁芯的一个短边引出，两个长边上的次级分绕组经另一个短边连接；初级绕组和次级绕组的次级分绕组分别以磁芯的两个长边为中心进行分层绕线，并且各层之间存在带油道的绝缘板层；硅堆由多个桥式整流器依次串联而成；次级绕组的次级分绕组个数和硅堆的桥式整流器个数相同，次级绕组的次级分绕组接线端子分别与硅堆的桥式整流器连接，桥式整流器的串联方式为内层次级分绕组连接的全桥整流器的负压端子和与之相邻的外层次级分绕组连接的全桥整流器的正压端子连接；硅堆正压端子与变压器外壳连接，硅堆负压端子与变压器高压端子连接；变压器外壳接地；初级绕组的外接端子与10kHz～200kHz的交流电连接，该变压器直流输出电压为50kV～150kV，输出功率50kW～500 kW,其中工作频率在50kHz以上时，最大输出功率为200kW，满负载运行时自然散热。
上述磁芯由多组“跑道”形超微晶或铁氧体并叠而成，优选2～6组并叠，“跑道”形磁芯磁路较优，励磁电流小，损耗小。由于变压器磁芯小，功率密度大，并叠方式有利于磁芯散热，使磁芯工作于合理的温度下。
上述初级绕组和次级绕组均采用利兹线，克服了高频电流的趋肤效应及邻近效应，因此初级绕组和次级绕组的损耗非常小。
上述次级绕组的次级分绕组的个数优选为4～8个，次级分绕组分别以磁芯两个长边为中心，由内到外分层绕线，并且次级分绕组绕在初级绕组外，内次级分绕组离初级绕组最近，其余次级分绕组依次绕在相邻的次级分绕组外，这种结构更有利于小体积的高压绝缘。由于次级绕组分为多组次级分绕组使分布电容大为减少的同时，减小了变压器的漏感，同时使变压器的绝缘更可靠。
硅堆由多个桥式整流器串联构成，桥式整流器的数量优选为4～8组，桥式整流器由快恢复高温雪崩二极管串联而成，所选二极管自身具有均压功能，所述二极管为均一化二极管，桥式整流器与相应的次级绕组连接后，依次串联连接，硅堆正压端子接变压器外壳，硅堆负压端子接变压器高压端子。上述结构有利于硅堆的均压及散热，确保变压器工作的可靠性。
上述磁芯、初级绕组、次级绕组、硅堆浸在变压器油中，以便获得足够的绝缘强度，并且在需要的情况下，使用固态绝缘材料，例如绝缘纸、绝缘纸板等，以便达到更高的绝缘强度。
本发明为油浸自冷，为了提高散热性能，所述变压器外壳两侧设有散热器，为了克服铁磁物质的导磁，变压器外壳采用不锈钢材料。
附图说明
图1 变压器内部构造示意图。
图2 磁芯构造示意图。
图3 初级绕组绕线方式示意图。
图4 次级绕组绕线方式示意图。
图5 变压器侧面结构示意图。
图中：1磁芯；2初级绕组；3带油道的绝缘板层；4次级绕组；5硅堆；6变压器外壳；7变压器高压端子；8-9接线端子；10-14桥式整流器；
15-19次级分绕组；20硅堆负压端子；21硅堆正压端子。
具体实施方式
本发明提出了一种新型结构的变压器，该变压器为大功率高频高压整流变压器，其核心发明为磁芯构造方式、变压器初级和次级绕组在磁芯上的绕线方式、次级绕组和硅堆的连接方式。
本发明的大功率高频高压整流变压器结构如附图5所示，包括磁芯1，初级绕组2，带油道的绝缘板层3，次级绕组4，硅堆5，变压器外壳6，变压器高压端子7。
磁芯1的构造方式由多组“跑道” 形超微晶或铁氧体并叠而成，其中并叠的超微晶或铁氧体的组数大于等于2组，优选2～6组（例如，在本设计中采用2组的并叠方式），并且相邻两组“跑道” 形超微晶或铁氧体之间的并叠间距大于1mm，优选2～10mm（例如，在本设计中并叠间距采用3mm），参见附图2。“跑道”形磁芯磁路较优，励磁电流小，损耗小，由于变压器磁芯小，功率密度大，并叠方式有利于磁芯的散热，使磁芯工作于合理的温度下。
初级绕组2采用利兹线，同方向绕于磁芯1的两个长边上。初级绕组2的外接端子8、9由磁芯1的一个短边引出，两个长边上的初级绕组2经另一个短边连接，其绕线方式参见附图3。初级绕组2为靠近磁芯1两个长边的最内层，并且采用带油道的绝缘板层3和磁芯1经行绝缘，参见附图1。初级绕组2的外接端子8、9与10kHz～200kHz的交流电连接。
如附图1所示，次级绕组4由多个次级分绕组15-19构成，次级分绕组15-19由内到外依次绕于磁芯1的两个长边上。
如附图4所示，次级分绕组采用利兹线同方向绕于磁芯1的两个长边上，次级分绕组的外接端子由一个短边引出，两个长边上的次级分绕组经另一个短边连接。
如附图1所示，分别以磁芯1的两个长边做为中心，初级绕组2和次级绕组4的次级分绕组15-19之间相邻两层之间采用带油道的绝缘板层3进行高压隔离，带油道的绝缘板层3利于散热。这种结构更有利于小体积的高压绝缘，由于次级绕组分为多个次级分绕组使分布电容大为减少的同时，减小了变压器的漏感，同时使变压器的绝缘更可靠。
如附图1所示，硅堆5由多个全桥整流器10-14串联构成，而全桥整流器采用快恢复高温雪崩二极管串联而成，所选二极管自身具有均压功能，所述二极管为均一化二极管。次级绕组4的次级分绕组15-19都连接一个独立的全桥整流器，并把和次级分绕组15-19相连的全桥整流器进行串联，全桥整流器的串联方式为内层次级分绕组连接的全桥整流器的负压端子和与之相邻的外层次级分绕组连接的全桥整流器的正压端子进行连接，多个全桥整流器10-14串联后的构成硅堆。硅堆正压端子21与变压器外壳6连接，硅堆负压端子20与变压器高压端子7连接，变压器外壳6接地。硅堆5的直流输出电压为50kV～150kV，输出功率50kW～500 kW，上述连接方式有利于硅堆均压及散热，确保工作的可靠性。
本发明为油浸自冷，为了提高散热性能，所述变压器外壳两侧设有散热器，为了克服铁磁物质的导磁，变压器外壳6采用不锈钢材料。
Claims (8)
1.一种大功率高频高压整流变压器，包括磁芯（1）、初级绕组（2）、带油道的绝缘板层（3）、次级绕组（4）、硅堆（5）、变压器外壳（6）和变压器高压端子（7），其特征在于，磁芯（1）由多组“跑道”形的超微晶或铁氧体并叠而成；初级绕组（2）采用利兹线同方向绕于磁芯（1）的两长边上，初级绕组（2）的接线端子（8、9）由磁芯（1）的一个短边引出，两个长边上的初级绕组（2）经另一个短边连接，初级绕组（2）和磁芯（1）之间存在带油道的绝缘板层（3）；次级绕组（4）由多个的次级分绕组（15-19）构成，次级分绕组（15-19）采用利兹线依次绕于初级绕组（2）外层，并且在同方向绕于磁芯（1）的两长边上，次级分绕组（15-19）的接线端子由磁芯（1）的一个短边引出，两个长边上的次级分绕组（15-19）经另一个短边连接；初级绕组（2）和次级绕组（4）的次级分绕组（15-19）分别以磁芯（1）的两个长边为中心进行分层绕线，并且各层之间存在带油道的绝缘板层（3）；硅堆（5）由多个桥式整流器（10-14）依次串联构成；次级绕组（4）的次级分绕组（15-19）个数和硅堆（5）的桥式整流器（10-14）个数相同，次级绕组（4）的次级分绕组（15-19）接线端子分别与硅堆（5）的桥式整流器（10-14）连接，桥式整流器（10-14）的串联方式为内层次级分绕组连接的全桥整流器的负压端子和与之相邻的外层次级分绕组连接的全桥整流器的正压端子连接；硅堆正压端子（21）与变压器外壳（6）连接，硅堆负压端子（20）与变压器的高压端子（7）连接；变压器外壳（6）接地。
2.根据权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于磁芯（1）的超微晶或铁氧体相邻两组的并叠间距大于1mm。
3.根据权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于初级绕组（2）的接线端子（8、9）与10kHz～200kHz的交流电连接。
4.根据权利要求1或2所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述的带油道的绝缘板层（3）的油道方向和磁芯（1）的两个长边方向相同。
5.根据权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述的次级分绕组（15-19）的个数为4～8个。
6.根据权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述的硅堆（5）的桥式整流器（10-14）构成数量为4～8组。
7.根据权利要求1或6所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述的桥式整流器（10-14）由快恢复高温雪崩二极管串联而成，二极管为均一化二极管。
8.根据权利要求1所述的大功率高频高压整流变压器，其特征在于所述的变压器输出为变压器高压端子（7）和大地，输出电压为50kV～150kV，输出功率为50kW～500 kW,其中工作频率在50kHz以上时，最大输出功率为200kW，满负载运行时自然散热。
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