CN109273218B - 一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，该方法包括如下步骤：设计初次级隔离限位骨架；将磁芯放置在印制板的对应位置；将初次级隔离限位骨架套设于磁芯；将初次级隔离限位骨架和磁芯绑扎在印制板上；通过漆包线形成次级绕组，并将次级绕组焊入对应焊盘；将高压导线穿过磁芯的中心后形成初级绕组；通过初次级隔离限位骨架、磁芯、次级绕组和初级绕组形成变压器；对变压器封模；将组装好的变压器和灌封模具去潮，将灌封料预热；通过真空灌注将灌封料灌注于灌封模具内；将灌注好的产品常压固化。本发明使变压器的成品率不受灌封因素和材料本身缺陷的限制，提高了产品的可靠性。

Description

一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法

技术领域

本发明属于星载电源技术领域，尤其涉及一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法。

背景技术

脉冲行波管放大器(PTWTA)由脉冲行波管电源(PEPC)和脉冲行波管(PTWT)两部分组成，PTWTA具有效率高、重量轻和成本低的优点，广泛应用于星载反射面天线雷达系统中。PTWTA的难点为脉冲功率的输出，脉冲输出功能主要由脉冲控制电路和隔离电路完成，脉冲控制电路接收卫星发出的低压脉冲信号，然后送入隔离电路，电路中的高压隔离驱动变压器完成低压脉冲信号的隔离(大于10KV)和向高压侧的传输，传递到高压侧的脉冲信号控制PTWT输出脉冲射频，如图1。

传统的驱动变压器设计中，磁芯采用环型磁芯；初级使用高压导线绕制，其耐压为18KV，用来保证初次级间的绝缘；次级使用漆包线绕制，漆皮耐压3KV，用来保证次级间的绝缘。由于变压器需要灌封，灌封料固化时会释放应力，且灌封料与磁芯、高压导线、漆包线间热膨胀系数存在差异产生应力，且磁芯质量不一致，具有离散性，所以灌封固化后磁芯表面偶然会出现裂纹。随着时间的累积，气隙的电容量会发生变化，气隙被击穿后就会造成内部放电失效。虽然次级绕组的漆包线漆皮绝缘性已满足设计要求，但在实际应用中，漆包线存在偶然缺陷，加电后会引起次级间短路。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，使变压器的成品率不受灌封因素和材料本身缺陷的限制，提高了产品的可靠性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：采用环氧玻璃布棒设计初次级隔离限位骨架；其中，初次级隔离限位骨架包括圆筒和内侧部；其中，内侧部与圆筒一体成型，内侧部位于圆筒的上部开口，内侧部开设有花键形腔和三处异型通腔，圆筒的外壁开设有弧形槽；步骤二：将磁芯放置在印制板的对应位置；步骤三：将初次级隔离限位骨架套设于磁芯；步骤四：用三根锦纶绑扎线将初次级隔离限位骨架和磁芯绑扎固定在印制板上；步骤五：将漆包线穿过磁芯中心并经过初次级隔离限位骨架的弧形槽后穿过印制板上的穿线孔形成次级绕组，并将次级绕组焊入对应焊盘；步骤六：将高压导线穿过磁芯的中心后形成初级绕组，初级绕组的引出线套有热缩套管；步骤七：通过初次级隔离限位骨架、磁芯、次级绕组和初级绕组形成变压器；步骤八：对变压器封模：将变压器固定于灌封模具内；步骤九：将组装好的变压器和灌封模具去潮，将灌封料预热；步骤十：通过真空灌注将灌封料灌注于灌封模具内；步骤十一：将灌注好的产品常压固化。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，在步骤一中，弧形槽有若干个，若干个弧形槽沿圆筒的圆周方向均匀分布。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，在步骤九中，将组装好的变压器和灌封模具放入真空烘箱中去潮，将灌封料在对流烘箱预热。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，在步骤十中，将灌封料从对流烘箱取出，在真空室内将灌封料灌注于灌封模具内，并保压预设时间。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，预设时间为2分钟。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，在步骤十一中，将灌注好的产品放置于对流烘箱中常压固化一定时间。

上述空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法中，常压固化的时间为18～22小时。

一种初次级隔离限位骨架，包括：圆筒和内侧部；其中，内侧部与圆筒一体成型，内侧部与圆筒的内壁相连接，内侧部开设有花键形腔和三处异型通腔，圆筒的外壁开设有弧形槽。

上述初次级隔离限位骨架中，弧形槽有若干个，若干个弧形槽沿圆筒的圆周方向均匀分布。

上述初次级隔离限位骨架中，三个异型通腔位于同一圆周上，该圆周的中心与花键形腔的中心重合。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明设计初次级隔离限位骨架，对初次级绕组与气隙进行物理隔离，次级绕组进行限位，骨架能够有效隔离磁芯表面由于灌封形成的气隙，确保气隙的放电不会损伤初次级绕组，又避免了漆包线偶然缺陷使次级间放电导致短路；

(2)本发明通过灌封达到变压器绕组与磁芯本体高绝缘、散热性好的效果；

(3)本发明通过常压固化达到变压器绕组位置固定，保证在轨运行特性良好的效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是现有技术提供的隔离驱动变压器原理框图；

图2是本发明实施例提供的初次级隔离限位骨架的结构示意图；

图3(a)是本发明实施例提供的初次级隔离限位骨架的设计尺寸的示意图；

图3(b)是本发明实施例提供的初次级隔离限位骨架的设计尺寸的另一示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供了一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：采用环氧玻璃布棒设计初次级隔离限位骨架；其中，如图2所示，初次级隔离限位骨架包括圆筒1和内侧部2；其中，内侧部2与圆筒1一体成型，内侧部2与圆筒1的内壁相连接，内侧部2开设有花键形腔21和三处异型通腔22，圆筒1的外壁开设有弧形槽11；弧形槽11有若干个，若干个弧形槽11沿圆筒1的圆周方向均匀分布。如图3(b)所示，圆筒1的总高度为7mm，内侧部2的顶部厚度为2mm。

步骤二：将磁芯放置在印制板的对应位置；

步骤三：将初次级隔离限位骨架套设于磁芯；

步骤四：用三根锦纶绑扎线将初次级隔离限位骨架和磁芯绑扎固定在印制板上；

步骤五：将漆包线穿过磁芯中心并经过初次级隔离限位骨架的弧形槽11后穿过印制板上的穿线孔形成次级绕组，并将次级绕组焊入对应焊盘；

步骤六：将高压导线穿过磁芯的中心后形成初级绕组，初级绕组的引出线套有热缩套管；

步骤七：通过初次级隔离限位骨架、磁芯、次级绕组和初级绕组形成变压器；

步骤八：对变压器封模：将变压器固定于灌封模具内；

步骤九：将组装好的变压器和灌封模具去潮，将灌封料预热；

步骤十：通过真空灌注将灌封料灌注于灌封模具内；

步骤十一：将灌注好的产品常压固化。

具体的，步骤一、车床加工：1)使用3841环氧玻璃布棒将外圆Φ25mm按照Φ27mm加工，花键形腔Φ8mm按照Φ7mm加工，其余不加工；2)如图3(a)和图3(b)所示，骨架设计尺寸的要求切断环氧玻璃布棒；3)加工完毕注意清洁油污，周转时勿压。

步骤二、按照初次级隔离限位骨架尺寸对数控机床进行编程操作。

步骤三、数铣加工：外圆弧形槽R0.75mm先按照Φ1.5mm通孔加工，后去外形余量，外形加工到位。中间花键形腔R0.4mm加工到位三处异型通腔加工到位。加工完毕后清洁油污，注意周转时勿压。

步骤四、钳工工艺：1)去净毛刺，倒棱均匀一致；2)清洁干净零件；3)隔离装放，严禁毛刺残留、锐形棱或者边。通过机加工艺，初次级隔离限位骨架加工完成。

步骤五、将磁芯放置在印制板的对应位置；

步骤六、环氧玻璃布棒加工成的初次级隔离限位骨架安装在磁芯之上；

步骤七、用三根锦纶绑扎线在PCB上预先设计好的固定孔进行绑扎固定；

步骤八、用漆包线绕制的次级绕组穿过磁芯中心的大孔和PCB上的穿线孔，焊入对应焊盘，各绕组走线用锦纶绑扎带固定。

步骤九、初级绕组用高压导线穿过磁芯的中心印制板大孔绕制并甩出，并在引出线距印制板高度25mm处套长度为30mm的热缩套管并吹缩，甩出线用锦纶绑扎带固定。

步骤十、变压器模块封模：变压器模块放在模具底板，印制板卡脚分别卡入印制板的卡槽内，用M3×12的十字槽沉头螺钉将四周挡板紧固在灌封底板上，挡板之间均用M3×12的十字槽盘头螺钉紧固。在灌封模具挡板上用M3×5的十字槽盘头螺钉安装线缆支架固定模块甩入、甩出线，并用铝箔胶带保护，以免灌封时胶液污染导线或导线灌封后露出灌封块。

步骤十一、将组装好的变压器模块和灌封模具放入85℃真空烘箱中，抽到真空表指针接近0mbar时保持真空去潮16小时，将灌封料放入预先设定好的100℃对流烘箱中预热40分钟。

步骤十二、真空灌注：1)真空烘箱破真空至大气压，将灌封料从对流烘箱取出，盛放灌封料的料杯装载在真空烘箱的机械臂上，将待灌封的变压器模块和灌封模具移动到合适的位置使其与料杯对准，稍微转动机械臂使灌封料滴出观察是否滴在待灌封的合适位置，如不合适再进行调整。2)关闭真空室门，设备抽真空至真空表指针接近0mbar时开始灌封，转动机械臂使树脂呈细流状注入模具内，灌注完成后保压2分钟，灌封高度约为15mm。

步骤十三、常压固化：真空烘箱破真空至大气压，将灌注好的产品移入到85℃的对流烘箱中固化18～22小时。

步骤十四、脱模修形：将固化好的变压器模块冷却至接近室温时将其从对流烘箱取出，将保护线束的铝箔胶带去除，并将模具去除，将灌封界面不规整的地方和尖锐棱边进行修锉，将所有凸出的印制板卡脚用手持打磨工具磨平，最后得到灌封好的变压器模块。

为解决传统变压器存在的内部放电隐患问题，本实施例设计初次级隔离限位骨架，如图2。对初次级绕组与气隙进行物理隔离，次级绕组进行限位。骨架能够有效隔离磁芯表面由于灌封形成的气隙，确保气隙的放电不会损伤初次级绕组，又避免了漆包线偶然缺陷使次级间放电导致短路。

如图2和图3(a)所示，本实施例还提供了一种初次级隔离限位骨架，该初次级隔离限位骨架包括：圆筒1和内侧部2；其中，内侧部2与圆筒1一体成型，内侧部2与圆筒1的内壁相连接，内侧部2开设有花键形腔21和三个异型通腔22，圆筒1的外壁开设有弧形槽11。弧形槽11有若干个，若干个弧形槽11沿圆筒1的圆周方向均匀分布。三个异型通腔22位于同一圆周上，该圆周的中心与花键形腔21的中心重合。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：采用环氧玻璃布棒设计初次级隔离限位骨架；其中，初次级隔离限位骨架包括圆筒(1)和内侧部(2)；其中，内侧部(2)与圆筒(1)一体成型，内侧部(2)与圆筒(1)的内壁相连接，内侧部(2)开设有花键形腔(21)和三个异型通腔(22)，圆筒(1)的外壁开设有弧形槽(11)；

步骤二：将磁芯放置在印制板的对应位置；

步骤三：将初次级隔离限位骨架套设于磁芯；

步骤四：用锦纶绑扎线将初次级隔离限位骨架和磁芯绑扎固定在印制板上；

步骤五：将漆包线穿过磁芯中心并经过初次级隔离限位骨架的弧形槽(11)后穿过印制板上的穿线孔形成次级绕组，并将次级绕组焊入对应焊盘；

步骤六：将高压导线穿过磁芯的中心后形成初级绕组，初级绕组的引出线套有热缩套管；

步骤七：将初次级隔离限位骨架、磁芯、次级绕组和初级绕组形成变压器；

步骤八：对变压器封模：将变压器固定于灌封模具内；

步骤九：将组装好的变压器和灌封模具去潮，将灌封料预热；

步骤十：通过真空灌注将灌封料灌注于灌封模具内；

步骤十一：将灌注好的产品常压固化。

2.根据权利要求1所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：在步骤一中，弧形槽(11)有若干个，若干个弧形槽(11)沿圆筒(1)的圆周方向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：在步骤九中，将组装好的变压器和灌封模具放入真空烘箱中去潮，将灌封料在对流烘箱预热。

4.根据权利要求3所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：在步骤十中，将灌封料从对流烘箱取出，在真空室内将灌封料灌注于灌封模具内，并保压预设时间。

5.根据权利要求4所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：预设时间为2分钟。

6.根据权利要求1所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：在步骤十一中，将灌注好的产品放置于对流烘箱中常压固化一定时间。

7.根据权利要求6所述的空间用高压隔离变压器的绝缘设计方法，其特征在于：常压固化的时间为18～22小时。

8.一种初次级隔离限位骨架，其特征在于包括：圆筒(1)和内侧部(2)；其中，内侧部(2)与圆筒(1)一体成型，内侧部(2)与圆筒(1)的内壁相连接，内侧部(2)开设有花键形腔(21)和三个异型通腔(22)，圆筒(1)的外壁开设有弧形槽(11)。

9.根据权利要求8所述的初次级隔离限位骨架，其特征在于：弧形槽(11)有若干个，若干个弧形槽(11)沿圆筒(1)的圆周方向均匀分布。

10.根据权利要求8所述的初次级隔离限位骨架，其特征在于：三个异型通腔(22)位于同一圆周上，该圆周的中心与花键形腔(21)的中心重合。

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