CN115116723A

CN115116723A - 基于电场驱动浸润的变压器封装方法

Info

Publication number: CN115116723A
Application number: CN202211044537.9A
Authority: CN
Inventors: 赵玉顺; 许宇帆; 李雪萍; 沈昊; 罗子民; 刘宇晨; 张明菲
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2042-08-30
Also published as: CN115116723B

Abstract

本发明提供基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，涉及变压器的封装技术领域，具体包括：S1、制作模具；S2、加入填料；S3、浇注；S4、交替施加直流和交流电场；S5、贴固体片；S6、热固化；S7、打磨。由本发明的封装方法制备的封装材料的填料填充含量高、分散性高，具有优异的抗开裂性能、导热性能等综合性能。

Description

基于电场驱动浸润的变压器封装方法

技术领域

本发明涉及变压器的封装技术领域，具体涉及一种基于电场驱动浸润的变压器封装方法。

背景技术

近年来，变压器正在向小型化、大功率、高电压等级等方向发展，这对变压器在高电压高热环境下绝缘的可靠性提出了更高的要求。绕组封装是变压器绝缘中极其重要的一环，除了使变压器具有良好的电气性能外，它还赋予变压器良好的热学性能。在传统的变压器绕组封装中，通常采用在环氧树脂、硅橡胶等浇注料中填充高比例导热填料的封装方法。这种方法使得导热填料在环氧树脂和硅橡胶基体中形成连续的导热通路，可显著提高封装材料的导热特性，因此得到了广泛的应用。

然而，当导热填料的填充比例较高时，传统的封装方法会使填料颗粒间的气体难以排出，导致浇注材料中产生气泡缺陷。这种缺陷将导致成型后的固体封装材料绝缘性能降低，容易开裂。另外，由于高填充比例的填料在环氧树脂和硅橡胶基体中容易聚集，分散性较低，导致封装材料的导热特性下降。

因此，采用传统的封装方法难以提高填料的填充量，即使提高填料的含量，也会出现气泡缺陷、填料分散性低等问题。因此，研究变压器的封装方法具有重要的意义与价值。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电场驱动浸润的变压器封装方法，解决了变压器封装时难以提高填料含量、易出现气泡缺陷以及填料分散性低的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，具体包括以下步骤：

S1、制作模具

根据变压器铁芯和绕组的尺寸大小，制作变压器的封装模具；

所述封装模具内含第1区域、第2区域、第3区域；

所述第2区域内放置有变压器铁芯、低压绕组与高压绕组，所述低压绕组缠绕在所述变压器铁芯表面，所述高压绕组套设于所述低压绕组的外部，所述低压绕组与所述高压绕组之间形成空间第4区域；

所述第1区域与所述第2区域之间、所述第2区域与所述第3区域之间以及所述第4区域底部均设置有过滤网；

S2、加入填料

向所述第2区域与所述第4区域中加入填料；

S3、浇注

将浇注材料缓慢倒入所述第1区域、所述第3区域以及所述第4区域中；

S4、交替施加直流和交流电场

向高压绕组交替施加直流电压与交流电压；

S5、贴固体片

电压施加完毕后，分别取平整固体片紧贴第1区域与第2区域之间以及第2区域与第3区域之间的过滤网表面插入至封装模具内底面，再取平整固体片贴在第4区域底部的过滤网的下表面，以防止浇注材料溢出；

S6、热固化

对浇注体进行加热；

S7、打磨

将完全固化的浇筑体取出，打磨平整，得到完整的封装。

优选地，所述过滤网的孔径小于填料的粒径。

优选地，所述步骤S2中的填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳化硼、碳化钛、二氧化硅、金刚石、硫化钨、钛酸钡、硅、氧化铈中的至少一种。

优选地，所述步骤S3中的浇注材料为环氧树脂、硅橡胶、热塑性橡胶、聚氨酯、丙烯酸酯系树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。

优选地，所述步骤S4中直流电压大于20V，施加电压时所述低压绕组、所述封装模具、所述过滤网均接地。

优选地，所述步骤S4中交流电压的有效值大于20V，电压频率在0.5Hz~1MHz，施加电压时所述低压绕组、所述封装模具、所述过滤网均接地。

优选地，所述步骤S5中的固体片完全覆盖过滤网。

优选地，所述步骤S6中热固化的温度不低于20℃。

（三）有益效果

本发明提供了一种基于电场驱动浸润的变压器封装方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明中，所述工艺包括如下步骤：制作模具、加入填料、浇注、交替施加直流和交流电压、贴固体片、热固化、打磨；

先在模具中加入填料，再从底部开始注入浇注材料，这种操作次序可以使浇注材料有效渗入填料间的空隙中，使空隙中的气体有效排出，降低浇注体中的气泡缺陷，降低封装材料的开裂风险；

浇注材料在电场中容易发生电场驱动浸润，施加电场，提高浇注材料对变压器绕组的浸润能力，同时能够提高含填料的浇注料与绕组的界面结合，防止封装内界面缺陷的产生，提高封装时填料的可填充量；

浇注料分子在电场下会被拉长，并且会沿着电场方向流动；施加直流电场，拉长浇注料分子，提高浇注料渗入填料间空隙的能力，提高封装时填料的可填充量；施加交流电场，使浇注料带动填料来回移动，显著提高填料在浇注料中的分散性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的封装模具的整体结构示意图。

附图标记：1、封装模具；11、第1区域；12、第2区域；13、第3区域；2、变压器铁芯；3、低压绕组；4、高压绕组；5、第4区域；6、过滤网。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例通过提供一种基于电场驱动浸润的变压器封装方法，解决了变压器封装时难以提高填料含量、易出现气泡缺陷以及填料分散性低的问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

需要说明的是，本发明实施例中所使用的填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳化硼、碳化钛、二氧化硅、金刚石、硫化钨、钛酸钡、硅、氧化铈中的至少一种；

本发明实施例中所使用的浇注材料为环氧树脂、硅橡胶、热塑性橡胶、聚氨酯、丙烯酸酯系树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。

实施例

基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，需通过封装模具1制备完整的封装材料，

封装模具1内含第1区域11、第2区域12、第3区域13；

第2区域12内放置有变压器铁芯2、低压绕组3与高压绕组4，低压绕组3缠绕在变压器铁芯2表面，高压绕组4套设于低压绕组3的外部，低压绕组3与高压绕组4之间形成空间第4区域5；

第1区域11与第2区域12之间、第2区域12与第3区域13之间以及第4区域5底部均设置有过滤网6。

封装方法具体包括以下步骤：

S1、制作模具

根据变压器铁芯2和绕组的尺寸大小，制作变压器的封装模具1；

S2、加入填料

向第2区域12与第4区域5中加入填料，过滤网6的孔径小于填料的粒径，以防止填料向第1区域11与第3区域13溢出；

S3、浇注

将浇注材料缓慢倒入第1区域11、第3区域13以及第4区域5中；

S4、交替施加直流和交流电场

向高压绕组4交替施加直流电压与交流电压；

施加直流电压时，直流电压大于20V，低压绕组3、封装模具1、过滤网6均接地；

施加交流电压时，交流电压的有效值大于20V，电压频率在0.5Hz~1MHz，低压绕组3、封装模具1、过滤网6均接地；

在交替施加电场的过程中，浇筑材料通过过滤网6逐渐渗透至填料中；

S5、贴固体片

电压施加完毕后，在三个过滤网6表面贴覆固体片，具体为：

分别取平整固体片紧贴第1区域11与第2区域12之间以及第2区域12与第3区域13之间的过滤网6的任意一个表面插入至封装模具1内底面；

取平整固体片紧贴在第4区域5底部的过滤网6的下表面；

贴覆的固体片需完全覆盖过滤网6，以防止浇注材料溢出；

S6、热固化

对浇注体进行加热，使其固化，热固化温度不低于20℃；

S7、打磨

将完全固化的浇筑体取出，打磨平整，得到完整的封装。

性能检测试验

本实施例采用向高压绕组交替施加直流电压与交流电压的方式交替施加电场，以促进浇注材料向填料中的渗透。测试使用该方法的起始电场强度，并测试单独施加直流电场与单独施加交流电场的起始电场强度，测试结果记录在表1中。

本性能检测通过起始电场强度表征浇注材料的渗透性能，当起始电场强度较小时，浇筑材料如树脂在小电场下更易被拉长，被拉长的树脂更容易渗透入填料中，其渗透度更强，填料与浇筑材料之间的结合更紧密，不仅可提升封装材料的抗开裂性能，还可提升浇筑材料的分散性与分散均匀度，从而改善封装材料的导热性能。

表1-不同电场施加方式下的起始电场强度

电场施加方式	单独施加直流电场	单独施加交流电场	交替施加直流电场与交流电场
				起始电场强度（KV/mm）	9.3	7.0	4.5

由表1可知，交替施加直流电场与交流电场的起始电场强度相较于单独施加单一电场的起始电场强度小很多，这说明在交替施加电场的情况下，浇筑材料更易向填料中渗透，因此，所制备的封装材料具有更优异的综合性能。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、制作模具

所述封装模具内含第1区域、第2区域、第3区域；

S2、加入填料

向所述第2区域与所述第4区域中加入填料；

S3、浇注

S4、交替施加直流和交流电场

向高压绕组交替施加直流电压与交流电压；

S5、贴固体片

S6、热固化

对浇注体进行加热；

S7、打磨

将完全固化的浇筑体取出，打磨平整，得到完整的封装。

2.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述过滤网的孔径小于填料的粒径。

3.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S2中的填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳化硼、碳化钛、二氧化硅、金刚石、硫化钨、钛酸钡、硅、氧化铈中的至少一种。

4.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S3中的浇注材料为环氧树脂、硅橡胶、热塑性橡胶、聚氨酯、丙烯酸酯系树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。

5.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S4中直流电压大于20V，施加电压时所述低压绕组、所述封装模具、所述过滤网均接地。

6.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S4中交流电压的有效值大于20V，电压频率在0.5Hz~1MHz，施加电压时所述低压绕组、所述封装模具、所述过滤网均接地。

7.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S5中的固体片完全覆盖过滤网。

8.如权利要求1所述的基于电场驱动浸润的变压器的封装方法，其特征在于，所述步骤S6中热固化的温度不低于20℃。