CN104616869A - 增强型本安变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型本安变压器，包括线圈、骨架和磁芯，骨架的外表面具有绕线槽，其内部具有贯通通道，磁芯部分容置于通道中；相邻的绕线槽之间具有分隔槽，并在骨架外套设有第一护罩，第一护罩具有容纳骨架的矩形腔室，该腔室的底部具有用于装入骨架的开口，该腔室的侧壁上具有与骨架通道相连通的通孔,第一护罩的两侧具有翻边，翻边与腔室外壁形成容纳部分磁芯的凹槽，磁芯外部还套设有第二护罩。本发明具有可靠性高、生产成本低、结构紧凑等优点。

Description

增强型本安变压器

技术领域

本发明涉及一种特殊用途的变压器，具体涉及一种中小功率的增强型本安变压器。

背景技术

本质安全型隔离变压器简称本安型变压器。GB3836.4《爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型》以及IEC60079-0：《爆炸性气体环境电气设备 第0部分：通用要求》中对其各项指标进行了明确的规定。本质安全型“i”intrinsic safety是电气设备的一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性华景的连接导线可能产生的电火花和热效应能量限制在不能产生点燃的水平。本安型变压器的电路在正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境。

传统的本安变压器有下列几种方式：

1.    平面变压器型本安变压器

其磁芯和绕组均为平面结构，具有高频、低造型的特点。

平面变压器按设计制作工艺的不同，可分为印刷电路(PCB)型，厚膜型、薄膜型、亚微米型 4 种。平时使用的电磁炉也是平面变压器的一种特殊应用，炉子的电磁盘是变压器的初级，锅底为变压器次级兼负载。

印刷电路 PCB型变压器如图1所示，用单层或多层PCB板和磁芯构成，故也称为平板变压器。如图1所示，在此变压器中，印刷在PCB板上的铜箔替代了普通变压器中漆包线。并在PCB板的两侧布置有铁氧体磁芯，变压器的初次级由PCB的基板隔开，基板的材质通常采用环氧树脂基板或纸基板等绝缘材料。    

GB3836.4-2010表5第4列要求本安型变压器固体绝缘间距≥1.0mm；平板变压器的初、次间可由1mm厚的基板隔开，以满足本安与非本安的间的安全间距的要求，同时也满足绝缘耐压得要求。

其主要缺点如下：

A、窗口利用率低，仅为0.25~0.3，传统变压器的窗口利用率为 0.4，其体积也较大。

B、pcb铜箔及间距宽度均比较小，铜箔易开路、铜箔间易短路，因此变压器不良率偏高。

C、线圈的匝数越多，PCB的层数越多。随着PCB的层数增多，PCB成本费用急剧增加。为减少成本，需提高变压器的频率，高频率磁芯和驱动电路均不是常用器件，也就导致变压器及整机成本大大增加。

D、绕组数量有限，对于多电压输出的场合，几乎不适合。

E、在本安场合应用时磁芯周围不能放器件，占电路板面积大。

F、初次级间、初次级与磁芯间的绝缘耐压完全依赖于PCB厂家的生产工艺和材料水平，每一批次间质量也不尽相同，使得此类本安变压器安全性能常常处于危险的边缘，风险极大。

2．灌浇型本安变压器

如图2所示，在同一磁芯上覆盖第一绝缘处理层，其上绕制第一绕组，在第一绕组外灌浇第二绝缘处理层，在第二绝缘处理层上绕制第二绕组，最后用外壳封装。利用浇封化合物实现了电气原件与外部环境的隔离，在GB3836.4-2010表5第3列规定通过浇封化合物的间距≥2.0mm，且线圈周围胶封高度不小于1.0mm。

其主要缺点如下：

A、灌胶过程中经常出现气泡，有气泡后就不能满足本安要求，导致制造时报费率较高；

B、为满足GB3836.4的灌胶要求，变压器的尺寸会变得更大。

C、由于其长宽高尺寸均较大，不利于本安电气设备的小型化设计。

3．固体绝缘型本安变压器

属于初次级固体绝缘间距大于1mm的本安变压器。

经检索，中国专利文献CN1770334A公开了一种一种具有安全爬电距离的变压器，在变压器的铁芯与线圈支架之间设置衬套，通过衬套的翻边结构同时满足了小型化和安全爬电距离的要求。然而该结构并非为本安变压器所设计，不具备封闭线圈的功能，无法将其直接应用到本安变压器上。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可靠性高、生产成本低、结构紧凑的增强型本安变压器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的增强型本安变压器，包括线圈、骨架和磁芯，所述骨架的外表面具有绕线槽，所述骨架的内部具有贯通通道，所述磁芯部分容置于通道中；相邻的绕线槽之间具有分隔槽，所述骨架外套设有第一护罩，所述第一护罩具有容纳骨架的矩形腔室，所述腔室的底部具有用于装入骨架的开口，所述腔室的侧壁上具有与骨架通道相连通的通孔,所述第一护罩的两侧具有翻边，所述翻边与腔室外壁形成容纳部分磁芯的凹槽，所述磁芯外部套设有第二护罩。

作为优选，所述磁芯E形磁芯，包括两侧柱和一中心柱，所述中心柱容置于通道中，所述侧柱外套设有第二护罩。

所述第二护罩呈C形槽体，所述C形槽体包括一对平行的伸出部和连接伸出部的连接部，所述伸出部位于凹槽内，所述连接部位于凹槽外。

作为优选，所述磁芯为EPC磁芯或 EPD磁芯。

作为优选，所述磁芯是相互对称的第一磁芯和第二磁芯。也可以采用不对称的磁芯。

作为优选，所述第一护罩上安装有覆盖所述开口的底板。

所述骨架两侧绕线槽的端部向具有引线，所述引线从底板与第一护罩之间引出。

作为优选，所述第一护罩、骨架、第二护罩和盖板均由绝缘阻燃塑料制成。

上述结构的增强型本安变压器，可以通过以下步骤完成装配：

1）在骨架上绕制线圈；

2）将骨架装入第一护罩的矩形腔室内；

3）将第二护罩套于E形磁芯外侧；

4）将E形磁芯的中间柱从第一护罩的通孔穿入骨架通道中，同时使两侧柱置于第一护罩的凹槽内。

5）安装盖板。

当需要制造非灌浇的增强型本安变压器时，采取以下工艺措施：

1）以分隔槽为分割，本安端与非本安端分别位于分隔槽的两侧。

2）变压器加工后二次抽真空浸漆绝缘漆处理。即采用涂层工艺方式。

3）变压器焊到PCB板上后二次喷绝缘漆处理。即采用涂层工艺方式。

当需要制造灌浇的增强型本安变压器时，工艺措施如下：

1）以1mm的绝缘分隔板为分割，本安端与非本安端分别位两侧。

2）绕线距绝缘分隔板顶端1mm

3）变压器加工后二次先浸绝缘漆处理。采用涂层工艺方式。

4）灌绝缘胶，在抽真空下固化，采用真空灌胶固化工艺。

5）变压器焊到PCB板上后二次喷绝缘漆处理。采用涂层工艺方式。

有益效果：本发明的增强型本安变压器，通过采用第一护罩与第二护罩的复合结构，具有以下显著的进步：

1）本增强型本安变压器绝缘强度增加，电气性能大幅度提升，本质安全关键电路根本改变，可靠性得到保证；

2）生产工艺简单，产率、质量、可靠性均有较大提高，原材料成本及整机成本大幅降低。同时也与传统工艺技术进行了有机结合。

3）产品结构合理、体积减少40%以上，为有限空间的设计预留出宝贵的尺寸。

当不灌胶使用时，本安、非本安线圈分布于中间分隔槽两侧，同时通过涂层工艺处理，完全符合GB3836.4-2010表5第6列涂层下的爬电距离≥3.3mm的要求。

当灌胶时，本安、非本安线圈分布于中间1.0mm宽绝缘隔分隔板两侧，同时通过灌胶工艺处理，完全符合GB3836.4-2010表5第3列规定通过胶封化合物的间距≥2.0mm，且线圈周围胶封高度不小于1.0mm的要求。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的增强型本安变压器所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是现有印刷电路型变压器的结构示意图；

图2是是现有灌浇型本安变压器的结构示意图；

图3是本发明实施例的结构示意图；

图4是图3的装配图；

图5是图3中绕组的结构示意图；

图6是图4的绕组电路图。

具体实施方式

实施例：本实施例的增强型本安变压器的结构如图3和图4所示，包括第一护罩1，材料为绝缘阻燃塑料，如PPD+纤维+阻燃。骨架2，材料为绝缘阻燃塑料，如PM920。磁芯3,选用现有的EPC或EPD等薄形磁芯。第二护罩4，材料为绝缘阻燃塑料，其壁厚≥1.0mm 。盖板5，材料为绝缘阻燃塑料。上述绝缘阻燃塑料部件可以采用现有的注塑工艺制成。

第一护罩1具有用于容纳骨架2的矩形腔室，以及用于容纳磁芯3侧柱部分的凹槽，由于矩形腔室与凹槽的开口方向相反，制造时只需要一套简单的模具就可以注塑成型。

骨架2的外表面上具有第一绕线槽6，其引线由脚1～N1输出；分隔槽7，其一边为1mm的绝缘分隔板，另一边为0.5mm以上的分隔绝缘分隔板，两绝缘分隔板的间距≥1.0mm；第二绕线槽9，引线由脚N2～Nn输出。

磁芯3与骨架2上的线圈绕组（图中未示出）被第一护罩1分隔开，使得磁芯3与线圈间累计固体绝缘尺寸大于1mm。

GB3836.4-2010要求本安与非本安绕组间要么大于涂层下爬电距离均大于3.3mm；要么大于胶封化合物的间距2.0mm距离，且线圈周围胶封高度不小于1.0mm的要求。爬电距离是指两导电部件之间沿绝缘材料与空气接触表面的最短距离。

在本实施例中第一护罩1和第二护罩4将磁芯2与其它导电体或变压器周围分隔开累计至少3.3mm间距，使得磁芯2与其它导电体或变压器周围满足涂层下爬电距离均大于3.3mm，满足了上述要求。

本安端和非本安端的管脚分别布置于相应的绕组一侧。同一侧的不同绕组间的管脚的间距可根据不同绝缘耐压做成不同尺寸，以满足耐压绝缘要求，同时可根据绕组的多少设置相应数量的管脚。

如图5和图6所示，绕组N1、N2、N3、N4、N5、N6绕在第一绕线槽6中，绕组N7、N8绕在第二绕线槽8中，绕组之间通过绝缘材料9隔开，两绕线槽之间通过分隔槽7隔开。实际产品的分隔槽即隔离墙可不限于几个，绕制方法也可以采用槽绕或平绕。

本发明解决了现有本安变压器所存在的不足，工艺简单，生产效率高，成品率高，无质量隐患，成本低，尺寸小，对频率及磁芯材料、驱动电路没有高要求，而且可输出多组电压。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种增强型本安变压器，包括线圈、骨架和磁芯，所述骨架的外表面具有绕线槽，所述骨架的内部具有贯通通道，所述磁芯部分容置于通道中，其特征在于：相邻的绕线槽之间具有分隔槽，所述骨架外套设有第一护罩，所述第一护罩具有容纳骨架的矩形腔室，所述腔室的底部具有用于装入骨架的开口，所述腔室的侧壁上具有与骨架通道相连通的通孔,所述第一护罩的两侧具有翻边，所述翻边与腔室外壁形成容纳部分磁芯的凹槽，所述磁芯外部套设有第二护罩。

2.根据权利要求1所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述磁芯E形磁芯为EI、EFD或EE型磁芯中的一种，包括两侧柱和一中心柱，所述中心柱容置于通道中，所述侧柱外套设有第二护罩。

3.根据权利要求1所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述第二护罩呈C形槽体，所述C形槽体包括一对平行的伸出部和连接伸出部的连接部，所述伸出部位于凹槽内，所述连接部位于凹槽外。

4.根据权利要求1所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述第一护罩上安装有覆盖所述开口的底板，所述骨架两侧绕线槽的端部向具有引线，所述引线从底板与第一护罩之间引出。

5.根据权利要求2所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述磁芯是相互对称的第一磁芯和第二磁芯。

6.根据权利要求2所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述磁芯为EPC磁芯或 EPD磁芯。

7.根据权利要求1所述的增强型本安变压器，其特征在于：所述第一护罩、骨架、第二护罩和盖板均由绝缘阻燃塑料制成。

8.如权利要求1所述的增强型本安变压器的装配方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在骨架上绕制线圈；

2）将骨架装入第一护罩的矩形腔室内；

3）将第二护罩套于E形磁芯外侧；

4）将E形磁芯的中间柱从第一护罩的通孔穿入骨架通道中，同时使两侧柱置于第一护罩的凹槽内；

5）安装盖板。

9.根据权利要求8所述的装配方法，其特征在于：还包括涂层工艺处理步骤，是在步骤4）结束后进行抽真空浸绝缘漆处理，浸漆次数2次以上。

10.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于：在涂层工艺处理后进行真空灌胶固化工艺处理，灌绝缘胶并在抽真空下固化。