CN104021924A - 一种高压逆变功率变压器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压逆变功率变压器及其制造方法，该变压器包括磁芯、原边绕组、副边绕组和骨架，其中，绕有该原边绕组的磁芯为环形磁芯，该骨架为环形骨架，该环形磁芯置于该环形骨架之内，该副边绕组绕制在该骨架外部，该副边绕组分为N个区域，一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。通过本发明能够有效减小了原副边绕组与磁芯的间隙，在保证耐压强度足够大的基础之上，降低了高压变压器的漏感，增强了高压变压器的带载能力。

Description

一种高压逆变功率变压器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种高压逆变功率变压器，尤其涉及一种电子束流发生系统的高压逆变功率变压器及其制作方法。

背景技术

高压逆变功率变压器是高压逆变电源的核心部件，尤其是在电子束流发生技术领域，其性能决定了电子束流品质。相对于传统的工频高压变压器电源的电子束流发生系统而言，采用高压逆变功率变压器的电子束流发生系统，电源工作频率由50Hz提高到20kHz以上，能使得输出电源的高压纹波减小，提高了电子束流品质。

常用的高压逆变功率变压器采用两层套筒式绝缘骨架，即两个“U”型或“C”型磁芯在套筒中间对接，在靠近磁芯的内层套筒式绝缘骨架上绕制变压器的原边绕组，在外层套筒式绝缘骨架绕制变压器的副边绕组。外层套筒式绝缘骨架为较耐高压的材料，具有多个环形凸台的空心柱状体。为了提高耐压等级，外层套筒式绝缘骨架的厚度一般都比较大，如果考虑到内层原边绕组的骨架、线径的影响，副边绕组至磁芯的距离会增加很多，绝缘距离增大导致漏感增加。同时，两个磁芯对接面很难达到理想的全面接触，进一步导致变压器漏感增加。

高压逆变功率变压器的输出的最高电压为15000V左右，而变压器的输入的最大电压为500V，因此需要变压器的变比在1:30以上。若该变压器的原边绕组为25匝，则副边匝数至少需要750匝。由于漆包线的线径在0.5mm以上，如果采用单层绕制的方式，那么在副边绕组上单层绕制750匝漆包线则至少需要聚四氟乙烯骨架的内径达到120mm左右才能满足要求，这就需要磁芯内径至少为124mm～126mm以上，这样会导致磁芯材料和聚四氟乙烯骨架成本激增。如果制造大功率变压器，则副边绕组流过电流增加，绕组线径如需增加到1mm左右，采用单层绕制方法，则需要聚四氟骨架内径238mm以上，目前市场上很难找到合适的聚四氟型材制造骨架，并且磁芯需要单独定制，成本会很高，此外，变压器的磁路损耗也明显增大。

若采用市场上通用的磁芯和多层绕制的方法绕制而成的变压器副边的话，例如变压器的输出电压为15000V，副边绕组则需要绕制两层才能达到设计要求。如果采用如图1所示的不分区绕制方式制造变压器，当A、B两点之间的电压为15000V，则在C点处的电压就达到了7500V，而在高压变压器在运行过程中，对于普通漆包线是很难满足设计要求的，即使采用的是聚酰亚胺漆包线，也几乎达到此类漆包线所能承受的最大耐压值，因此变压器很难长期稳定工作。由于漏感和层间电容的存在，会出现很大的谐振电流，高压变压器的功率损耗严重，因此难以实现最大输出，并且带载能力降低。为使电子束流发生系统达到额定功率输出，高压变压器原边逆变电路中的功率器件容量需要很大才能满足要求，并且高压变压器原边电路出现较大的谐振电流，极易损坏回路中的功率器件，使得设备的可靠性能降低。

发明内容

为了解决现有技术中由于变压器漏感造成的变压器损耗和带载能力降低的问题，本发明实施例提供了一种高压逆变功率变压器及其制作方法。

本发明的技术方案是提供一种高压逆变功率变压器，该变压器包括磁芯、原边绕组、副边绕组和骨架，绕有所述原边绕组的磁芯为环形磁芯，骨架为环形骨架，环形磁芯置于环形骨架内部，副边绕组绕制在骨架外部，副边绕组分为N个区域，一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

本发明一实施例中，在骨架上周向分布N个凸台，用以将副边绕组分为N个区域。

本发明一实施例中，在每个所述区域内的绕组匝数为副边绕组的总匝数的1/N。

本发明一实施例中，高压逆变功率变压器还包括环形盖板，环形骨架为环形凹槽骨架，环形盖板覆盖在环形凹槽骨架的凹槽上，用以密封环形凹槽。

本发明一实施例中，将环形盖板密封到凹槽上的材料为聚四氟乙烯薄膜或环氧树脂。

本发明一实施例中，各部件均浸没于变压器油中。

本发明还提供一种高压逆变功率变压器的制作方法，该制作方法为，

将绕有原边绕组的环形磁芯放置于环形骨架内；

将副边绕组绕制在骨架外部，将副边绕组分为N个区域；

将一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

本发明一实施例中，在将绕制有原边绕组环形磁芯放置于环形骨架后，还要将环形盖板密封于环形骨架的凹槽上。

本发明一实施例中，将副边绕组绕制在骨架外部，每个区域绕制副边绕组匝数的1/N；

本发明一实施例中，在环形骨架圆周方向上分布N个凸台，用以将副边绕组分为N个区域。

本发明一实施例中，将各部件均浸没于变压器油中。

通过本发明提供一种高压逆变功率变压器及其制作方法，能够有效减小了原副边绕组与磁芯的间隙，在保证耐压强度足够大的基础之上，降低了高压逆变功率变压器的漏感，增强了高压逆变功率变压器的带载能力。

附图说明

图1是现有技术中变压器副边绕组的原理示例图。

图2是本发明中变压器副边绕组的原理示例图。

图3是本发明一种高压逆变功率变压器俯视图，未带原、副边绕组。

图4是本发明一种高压逆变功率变压器剖面图，未带原、副边绕组。

图5是本发明一种高压逆变功率变压器俯视图，未带原、副边绕组。

图6是本发明一种高压逆变功率变压器的轴测图，未带原、副边绕组。

图7是本发明一种高压逆变功率变压器的制作方法的流程图。

主要元件符号说明

1～环形磁性

2～原边绕组

3～环形凹槽聚四氟骨架

31～安装凸台

32～进油凸台

321～进油孔

33～隔离凸台

4～环形聚四氟盖板

5～副边绕组

6～有机玻璃底座

61～尼龙螺钉

62～原边绕组出线孔

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。为此，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

根据现有技术中的问题，发明人考虑，可以通过采用分区绕制的方式，即对副边绕组分区域绕制，从而使得降低每一段区域绕组的承受电压和每段区域内的绕组层间最大电压，增大变压器工作的可靠性。

在本发明一实施例中，提供了一种高压逆变功率变压器，如图3所示，包括磁芯、原边绕组、副边绕组和骨架，其特征在于，绕有所述原边绕组的所述磁芯为环形磁芯，所述骨架为环形骨架，所述环形磁芯置于所述环形骨架之内，所述副边绕组绕制在所述骨架外部，所述副边绕组分为N(N≥2，N为整数)个区域，一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

在本发明一实施例中，在骨架圆周方向上分布N个凸台，用以将副边绕组分为N个区域。

在本发明一实施例中，在每个所述区域内的绕组匝数为副边绕组的总匝数的1/N。

在本发明一实施例中，高压逆变功率变压器还包括环形盖板，环形骨架为环形凹槽骨架，环形盖板覆盖在环形凹槽骨架的凹槽上，用以密封环形凹槽。

在本发明一实施例中，将环形盖板密封凹槽上的材料为聚四氟乙烯薄膜或环氧树脂

在本发明一实施例中，各部件均浸没于变压器油中。

下面结合一个具体的实施例对本发明进行具体描述，然而值得注意的是该具体实施例仅是为了更好地描述本发明，并不构成对本发明的不当限定。

本实施例是基于现有的变压器为实现较高电压输出，副边绕组采用多匝多层方式绕制的线圈使得变压器存在漏感和较大的层间电容，增大了变压器损耗和降低了变压器工作的可靠性的问题而提出的。

下面对副边绕组进行一定的描述，以便于对本发明更深入的了解。

对于副边绕组分区域的数量，以实际情况决定，较佳的，以副边绕组分为4个区域为例。结合图3和图4所示，本发明提供的高压逆变功率变压器，包括环形磁芯1、漆包线、原边绕组2、副边绕组5和变压器环形凹槽骨架3，绕制了原边绕组2的环形磁芯1与环形凹槽骨架3的内壁间隙为1mm～2mm，该原边绕组2的漆包线绕制在环形磁芯1上，副边绕组5绕制在环形凹槽骨架3外部，环形凹槽骨架3圆周方向上均匀分布4个凸台，凸台将副边绕组5分为4个区域，在每个区域内采用漆包线绕制副边绕组5的匝数的1/4，每个区域的绕制方式均相同。即采用图2所示的分区绕制方式，高压逆变功率变压器的副边绕组5均匀地分为4段，每一段绕制在环形凹槽骨架3周向凸台划分的区域内，每个区域绕制两层，并且每个区域绕组的输出端与相邻区域绕组的输入端相连接。具体来说，在本发明的高压逆变功率变压器中，当A和B两点之间的电压为15000V，则在C1点的电压为1875V、C2点的电压为3750V，C3点的电压为7500V，C4点的电压11250V，每个区域绕组承受电压为3750V，每个区域中的绕组层间最大电压为1875V。

此外，有机玻璃底座6采用尼龙螺钉61与环形凹槽骨架3固定在一起。

参见图5和图6所示，环形凹槽骨架3的凸台分别有安装凸台31、进油凸台32、原副边隔离凸台33以及其余凸台。特别的，除安装凸台31、原副边隔离凸台33、进油凸台32之外，其余凸台尺寸均相同，即高度均为8mm，厚度均为2mm，长度均与安装凸台31、进油凸台32和原副边隔离凸台33相同。

安装凸台31位于环形凹槽骨架3外侧，高度为20mm，宽度为20mm，厚度为绕制了原边绕组的环形磁芯厚度、环形凹槽骨架壁厚和盖板厚度之和。安装凸台31的下端面中心有一个Φ12mm的通孔，该通孔用于引出原边绕组和导出变压器油。沿安装凸台31的长度方向，在通孔两侧各有两个M8的螺纹孔，该螺纹孔用于固定有机玻璃底座6，其中，该螺纹孔的中心与该通孔中心的间距为15mm。

进油凸台32，位于环形凹槽骨架的顶部。在该进油凸台32的上端面，沿长度方向均匀分布有3个Φ5mm的进油孔321，用于将变压器油导入到环形凹槽骨架3的环形凹槽之内，借以冷却高压逆变功率变压器的环形磁芯1和原边绕组2。其中，进油凸台32的高度为8mm，宽度为15mm，厚度与所述环形骨架厚度一致。

原副边隔离凸台33，位于环形凹槽骨架3的内径处，该原副边隔离凸台33可以隔离相邻区域之间的副边绕组5的两个高压引出端子。其中，该原副边隔离凸台33的高度为10mm，宽度为5mm，厚度与安装凸台31厚度相同。

有机玻璃底座6与安装凸台31相连接且为下凹形，在凹槽中心有一个Φ12mm的通孔，该通孔与环形凹槽骨架3上的安装凸台31的中心通孔轴向对应，而在有机玻璃底座6上的Φ12mm的通孔两侧各有两个Φ9mm的通孔，用于通过M8的尼龙螺钉，将有机玻璃底座6与高压逆变功率变压器固定相连。

即使普通漆包线也能满足设计要求，发明中采用聚酰亚胺漆包线绕制将会增大变压器工作的可靠性。

本发明实施例中提供了一种高压逆变功率变压器的制作方法。如图7所示，该制作方法为，

S701:将绕有原边绕组的环形磁芯放置于环形凹槽骨架内；

S702:将副边绕组绕制在骨架外部，将副边绕组分为N个区域；

S703:将一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

本发明一实施例中，在将环形磁芯放置于环形凹槽骨架后，还要将环形盖板密封于环形凹槽骨架的凹槽上。

本发明一实施例中，在环形凹槽骨架圆周方向上分布N个凸台，用以将副边绕组分为N个区域。

本发明一实施例中，将各部件均浸没于变压器油中。

下面对高压逆变功率变压器的制作方法进行详细描述，以便于对本发明更深入的了解。

在制作高压逆变功率变压器时，原边绕组2的漆包线直接绕制在环形磁芯1上，将绕制原边绕组的环形磁芯1放置于与其尺寸相符合且具有间隙的环形凹槽骨架3内，环形凹槽骨架的凹槽深度大于绕制了原边绕组的环形磁芯厚度，具体来说，环形凹槽骨架的壁厚为2mm～3mm，环形盖板的厚度为2mm～3mm。原边绕组2的引线端从环形凹槽骨架3的固定安装凸台31出线孔引出，将环形聚四氟盖板4覆盖在环形凹槽骨架3的凹槽上，采用0.1mm的聚四氟薄膜均匀缠绕于覆盖了盖板4的环形凹槽骨架3外面，将高压逆变功率变压器的副边绕组5均匀地分成4段绕制在环形凹槽骨架3径向凸台划分的区域内，将每一段绕制在环形凹槽骨架3圆周方向凸台划分的区域内，每个区域绕制两层，再将每个区域绕组的输出端与相邻区域绕组的输入端相连。

在各个区域绕组绕制完成之后，除了区域Ⅰ绕组的起始端、区域Ⅳ绕组的结束端分别作为所绕制高压变压器的两个高压端子，副边绕组5的相邻区域的结束端、起始端依次联接。原边绕组2的两个引线端子穿过原边绕组出线孔62，采用尼龙螺钉将有机玻璃底座6固定于所述环形凹槽聚四氟骨架的固定安装凸台31上。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：本发明结构紧凑，体积小，带载能力强，为满足最大功率电子束流输出需求，可通过串并联多只所发明的变压器的模式，使电子束流输出达到额定功率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压逆变功率变压器，包括磁芯、原边绕组、副边绕组和骨架，其特征在于，绕有所述原边绕组的所述磁芯为环形磁芯，所述骨架为环形骨架，所述环形磁芯置于所述环形骨架之内，所述副边绕组绕制在所述骨架外部，所述副边绕组分为N个区域，一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的高压逆变功率变压器，其特征在于，在所述骨架圆周方向上分布N个凸台，用以将所述副边绕组分为所述N个区域。

3.根据权利要求1所述的高压逆变功率变压器，其特征在于，在每个所述区域内的绕组匝数为所述副边绕组的总匝数的1/N。

4.根据权利要求1所述的高压逆变功率变压器，其特征在于，所述高压逆变功率变压器还包括环形盖板，所述环形骨架为环形凹槽骨架，环形盖板覆盖在所述环形凹槽骨架的凹槽上，用以密封所述环形凹槽。

5.根据权利要求4所述的高压逆变功率变压器，其特征在于，将所述环形盖板密封所述凹槽上的材料为聚四氟乙烯薄膜或环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的高压逆变功率变压器，其特征在于，所述各部件均浸没于变压器油中。

7.一种高压逆变功率变压器的制作方法，其特征在于，所述制作方法为，

将绕有原边绕组的环形磁芯放置于环形骨架之内；

将副边绕组绕制在所述骨架外部，将所述副边绕组分为N个区域；

将一个区域的副边绕组的输出端与相邻一个区域的副边绕组的输入端相连接。

8.根据权利要求7所述的高压逆变功率变压器的制作方法，其特征在于，在将所述环形磁芯放置于环形骨架之内后，还要将环形盖板密封于所述环形骨架的凹槽上。

9.根据权利要求7所述的高压逆变功率变压器的制作方法，其特征在于，在所述环形骨架上圆周方向分布N个凸台，用以将所述副边绕组分为所述N个区域；

将所述副边绕组绕制在所述骨架外部，每个区域绕制所述副边绕组匝数的1/N。

10.根据权利要求7所述的高压逆变功率变压器的制作方法，其特征在于，将所述各部件均浸没于变压器油中。