專利名稱：一種高頻高壓變壓器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻高壓變壓器。
背景技術(shù)：
隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，高頻高壓電源的功率密度、輸出電壓越來(lái)越高，電源工作頻率也隨之升高。高頻高壓變壓器作為高頻高壓電源中的重要組成部分，是影響電壓輸出、電源功率密度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)在較高工作頻率下，高壓變壓器的寄生或分布參數(shù)的存在將直接影響電源逆變器的開關(guān)過(guò)程或系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，如果電源參數(shù)設(shè)計(jì)中無(wú)法利用高頻高壓變壓器的寄生和分布參數(shù)，在高頻高壓變壓器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)中就要盡量減小寄生和分布參數(shù)。高頻高壓變壓器中，影響電源的參數(shù)主要有變壓器漏感和分布電容。某些高頻高壓變壓器為了降低漏感，采用環(huán)形線圈，但高壓實(shí)現(xiàn)較難、變壓器維修不方便。

中國(guó)專利200520005836. 7提供一種高頻變壓器結(jié)構(gòu)，是于繞線架外部?jī)啥嗽O(shè)有可供一次側(cè)線圈繞設(shè)的第一、三繞線部，其目的是輸出穩(wěn)定的感應(yīng)電壓。中國(guó)專利201220077826. 4的高頻變壓器結(jié)構(gòu)，包括“工”形骨架、“EI”形鐵芯和線圈，“EI”形鐵芯分設(shè)于“工”形骨架的兩端，線圈繞制于所述的“工”形骨架的中間橫梁，“工”形骨架的兩端端架與線圈之間還分別設(shè)置有2mm厚的擋墻，解決了爬電距離不夠而造成高電壓時(shí)易打火、拉弧、甚至高電壓通過(guò)繞組或者變壓器引腳進(jìn)入到低壓部分的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低現(xiàn)有高頻高壓變壓器漏感和分布電容，實(shí)現(xiàn)變壓器的小型化，解決維修不便問(wèn)題，提出一種高頻高壓變壓器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明整體上為分段式同軸結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)獨(dú)立的同軸結(jié)構(gòu)原邊、副邊繞組。本發(fā)明包括6個(gè)組成部分兩個(gè)U型磁芯、兩個(gè)變壓器原邊繞組、兩個(gè)變壓器副邊繞組、兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架、兩個(gè)變壓器副邊繞組骨架，以及一套緊固夾具。所述的U型磁芯可根據(jù)變壓器工作頻率選用適宜的材質(zhì)，兩個(gè)U型磁芯對(duì)接形成一個(gè)矩形磁芯。所述的矩形磁芯較長(zhǎng)的兩個(gè)磁臂定義為高度方向，較短的兩個(gè)磁臂定義為寬度方向，矩形磁芯形成的矩形空間在磁芯高度方向定義為內(nèi)窗高，在磁芯寬度方向定義為內(nèi)窗寬。變壓器原邊繞組和副邊繞組通常固定在矩形磁芯高度方向的磁臂上，變壓器原邊繞組骨架、副邊繞組骨架的高度與由U型磁芯對(duì)接而成的矩形磁芯的內(nèi)窗高度配合。所述的變壓器原邊繞組、副邊繞組分別繞制在變壓器原邊繞組骨架和變壓器副邊繞組骨架上；所述的變壓器原邊繞組骨架和副邊繞組骨架采用具有一定強(qiáng)度的絕緣材料加工而成，均為中空的圓柱筒，兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架分別套在所述矩形磁芯高度方向的兩個(gè)磁臂上，兩個(gè)變壓器副邊繞組骨架分別套在兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架外面，變壓器原邊繞組和副邊繞組通過(guò)變壓器同軸的原邊繞組骨架和副邊繞組骨架實(shí)現(xiàn)同軸。由于變壓器原邊繞組骨架上的繞組匝數(shù)少、繞組間絕緣電壓低，在變壓器原邊繞組骨架可僅開一個(gè)槽。變壓器原邊繞組骨架的直徑由三個(gè)要素決定，一是原邊繞組骨架內(nèi)徑，二是原邊繞組骨架壁厚，三是原邊繞組骨架槽深。變壓器原邊繞組骨架的內(nèi)徑與兩個(gè)U型磁芯對(duì)接而成的矩形磁芯高度方向磁臂的最大直徑尺寸配合。變壓器原邊繞組骨架的壁厚由原邊繞組和U型磁芯間的絕緣電壓決定，例如，原邊繞組與磁芯間耐壓為lkv，則原邊繞組骨架的壁厚應(yīng)能使原邊繞組和磁芯間耐受IkV電壓。變壓器原邊繞組骨架的開槽有兩個(gè)作用，一個(gè)是繞制變壓器原邊繞組，另一個(gè)是繞制原邊繞組后剩余的間隙能夠和套在原邊繞組外面的副邊繞組骨架的壁厚共同承受原邊繞組和副邊繞組間的絕緣耐壓。變壓器副邊繞組骨架為多槽結(jié)構(gòu)，開有多個(gè)繞線槽，副邊繞組均勻繞制在副邊繞組骨架的各個(gè)槽內(nèi)。變壓器副邊繞組骨架的直徑由三個(gè)要素決定，一是副邊繞組骨架內(nèi)徑，二是副邊繞組骨架壁厚，三是副邊繞組骨架槽深。變壓器副邊繞組骨架的內(nèi)徑與變壓器原邊繞組骨架的外徑配合，變壓器副邊繞組骨架壁厚加上其與變壓器原邊繞組間的間隙保證原副邊繞組間的絕緣耐壓；變壓器副邊繞組槽深保證副邊繞組能夠全部均勻繞制在副邊骨架開槽內(nèi)。變壓器副邊骨架兩端的若干個(gè)槽不繞制導(dǎo)線，不繞制導(dǎo)線的槽數(shù)由副邊繞組與磁芯間的絕緣電壓決定，例如，變壓器副邊繞組骨架每個(gè)槽絕緣為IOkV,變壓器最高輸出為40kV，則至少留4個(gè)槽不繞制導(dǎo)線。所述的一套緊固夾具包括有兩塊絕緣材料制作的夾板，兩塊夾板裝夾在所述的矩形磁芯寬度方向的磁臂上，通過(guò)螺桿緊固，從而保證對(duì)接的兩個(gè)U型磁芯緊密接觸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓器的固定。變壓器的磁芯采用U型結(jié)構(gòu)的目的是通過(guò)兩個(gè)U型磁芯的對(duì)接成為一個(gè)矩形磁芯，形成兩個(gè)較長(zhǎng)的用于繞制變壓器繞組的臂，并且可以方便地拆裝。變壓器原邊繞組和副邊繞組采用同軸結(jié)構(gòu)，目的是減小原邊漏感，變壓器副邊繞組采用分槽繞制，可以有效減小副邊分布電容。兩套原邊繞組和兩套副邊繞組簡(jiǎn)單地將變壓器原、副邊設(shè)計(jì)參數(shù)一分為二，然后原邊繞組和原邊繞組串聯(lián)，副邊繞組和副邊繞組串聯(lián)，這一結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步減小原邊漏感和副邊分布電容。變壓器原邊骨架壁厚和槽深、變壓器副邊骨架壁厚和槽深、變壓器副邊骨架兩端不繞制繞組的槽數(shù)等5個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)可全部實(shí)現(xiàn)變壓器的耐壓設(shè)計(jì)。變壓器可以采用油絕緣和環(huán)氧澆注絕緣，采用變壓器油絕緣時(shí)，變壓器便于實(shí)現(xiàn)維修。本發(fā)明的積極效果是 1、原、副邊繞組采用同軸結(jié)構(gòu)并分段繞制，充分利用了磁芯周長(zhǎng)，減小漏磁通，降低了變壓器漏感。2、副邊繞組分段繞制，充分利用了磁芯周長(zhǎng)，增加了副邊可分槽數(shù)，降低了變壓器副邊分布電容，降低了副邊繞組槽間電壓，可有效提高變壓器輸出電壓設(shè)計(jì)值。3、原、副邊繞組骨架5個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)可方便實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣電壓的設(shè)計(jì)。4、緊湊的可拆卸的結(jié)構(gòu)，不僅減小了變壓器尺寸，還便于變壓器維修和部件的更換。


圖1為本發(fā)明高頻高壓變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I變壓器磁芯，2變壓器副邊繞組骨架，3變壓器原邊繞組骨架，4變壓器副邊繞組，5變壓器原邊繞組，6變壓器緊固及固定夾板，7磁芯緊固螺桿。圖2a為本發(fā)明中變壓器原邊繞組骨架結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b為本發(fā)明變壓器副邊繞組骨架結(jié)構(gòu)示意圖，圖2a中dl原邊繞組骨架外徑，d2原邊繞組骨架內(nèi)徑，d3原邊繞組骨架壁厚，d4原邊繞組骨架槽深，d5原邊繞組骨架高，a原邊繞組出線孔，b絕緣油注入孔；圖2b中d6副邊繞組骨架內(nèi)徑，d7副邊繞組骨架外徑，d8副邊繞組骨架槽深，d9副邊繞組骨架高度，dlO副邊繞組骨架槽寬，dll副邊繞組骨架槽絕緣寬，c副邊繞組繞線槽，d副邊繞組過(guò)線槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明包括兩個(gè)變壓器U型磁芯1、兩個(gè)變壓器副邊繞組骨架2、兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架3、兩個(gè)變壓器副邊繞組4、兩個(gè)變壓器原邊繞組5，以及一套變壓器緊固夾具六個(gè)組成部分。變壓器磁芯采用兩個(gè)可對(duì)接的U型磁芯，U型磁芯的材料視所設(shè)計(jì)變壓器工作頻率而定，通常高頻變壓器可選擇鐵氧體類磁芯，非晶類磁芯或納米晶類磁芯。采用兩個(gè)可對(duì)接的U型磁芯的目的是為了能夠方便的將原、副邊繞組拆下更換；變壓器原、副邊繞組骨架采用絕緣材料加工制成，絕緣材料考慮絕緣強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通?？蛇x擇尼龍、有機(jī)玻璃等。變壓器原邊繞組骨架和副邊繞組骨架采用同軸結(jié)構(gòu)，裝配過(guò)程如下副邊繞組平均繞制在兩個(gè)副邊繞組骨架上，例如副邊繞組為1000匝，則每個(gè)副邊繞組骨架分別繞制500匝，原邊繞組平均繞制在兩個(gè)原邊繞組骨架上，原、副邊繞組在骨架上繞好后，將副邊繞組骨架套原邊繞組骨架外面，兩套同軸結(jié)構(gòu)的原副邊繞組骨架再分別套在矩形磁芯高度方向的磁臂上。變壓器原邊骨架結(jié)構(gòu)主要要素包括原邊繞組骨架高度、原邊繞組骨架內(nèi)徑、原邊繞組骨架壁厚和原邊繞組骨架槽深，如圖2a所示為只開一個(gè)槽的原邊繞組骨架。變壓器原邊繞組骨架高度d5與對(duì)接而成的矩形磁芯的內(nèi)窗高度相配合，變壓器原邊繞組骨架內(nèi)徑d2與磁芯高度方向磁臂的最大直徑配合，變壓器原邊繞組骨架內(nèi)徑d2與原邊繞組骨架壁厚d3和原邊繞組骨架槽深d4之和等于原邊繞組骨架外徑dl。變壓器原邊繞組均勻繞制在變壓器原邊繞組骨架上，出線端在原邊繞組骨架出線孔處引出并固定。圖2中，a為變壓器原邊繞組出線孔，b為絕緣油注入孔。變壓器副邊繞組 骨架結(jié)構(gòu)主要有六個(gè)要素組成副邊骨架高度、副邊骨架內(nèi)徑、副邊骨架壁厚、副邊骨架外徑、，副邊骨架槽深、副邊骨架槽寬、副邊骨架槽絕緣寬度。變壓器副邊繞組骨架結(jié)構(gòu)如圖2b所示。變壓器副邊繞組骨架內(nèi)徑d6與原邊繞組骨架外徑d2配合，副邊繞組骨架內(nèi)徑d6與副邊繞組骨架壁厚，以及副邊繞組骨架槽深d8之和等于副邊繞組骨架外徑d7。副邊繞組骨架高度d9與矩形磁芯內(nèi)窗高度配合。副邊繞組均勻繞制在副邊繞組骨架的繞線槽c內(nèi)。副邊繞組骨架兩側(cè)的若干個(gè)槽不繞制導(dǎo)線，用于副邊繞組與U型磁芯絕緣。圖2b中，dll為副邊繞組骨架槽絕緣寬，d為副邊繞組過(guò)線槽。不繞制導(dǎo)線的槽數(shù)視絕緣電壓的大小決定。副邊繞組出線處通過(guò)尼龍繩固定，并焊接有高壓絕緣導(dǎo)線作為高壓繞組的出線，便于高壓出線與原邊繞組、U型磁芯，以及另一個(gè)副邊繞組的絕緣。兩個(gè)變壓器原邊繞組5串聯(lián)，兩個(gè)變壓器副邊繞組4串聯(lián)，串聯(lián)方向均應(yīng)使相串聯(lián)繞組在磁芯中所產(chǎn)生磁力線方向相同。變壓器一套緊固夾具包括2塊夾板6、兩根磁芯緊固螺桿7，兩塊夾板6采用具有一定強(qiáng)度的絕緣材料，如環(huán)氧板，磁芯緊固螺桿7要求具有一定結(jié)構(gòu)輕度，如鑄鐵螺桿，兩塊夾板6夾在磁芯寬度方向的磁臂上，將安裝好原副邊繞組的變壓器UJi磁芯居中放置在兩塊夾板6之間，兩根磁芯緊固螺桿7分別從變壓器兩側(cè)穿過(guò)夾板6上的過(guò)孔并用螺母緊固，從而將對(duì)接的U型磁芯緊密對(duì)接。
本發(fā)明的具體實(shí)施例以輸出功率20kW，工作頻率20kHz，輸出電壓30kV的高頻變壓器為例。磁芯采用兩個(gè)鐵氧體U型磁芯，對(duì)接后的矩形磁芯內(nèi)窗高度209_，高度方向磁臂最大直徑57mm。原邊骨架和副邊骨架采用尼龍加工制成，骨架長(zhǎng)度208mm，原邊骨架內(nèi)孔徑58mm,外徑85mm,壁厚3mm,原邊骨架只一個(gè)槽,槽深10. 5mm,槽寬198mm。副邊骨架長(zhǎng)度208mm,內(nèi)孔徑為86mm,外徑107mm壁厚為3mm,分28個(gè)槽,槽深5. 5mm,槽寬5mm。副邊骨架兩側(cè)各留4個(gè)槽不繞制導(dǎo)線，因此一個(gè)副邊骨架有效繞線槽為20個(gè)，兩個(gè)骨架共40個(gè)繞線槽。最終實(shí)測(cè)變壓器原邊漏感6. 8uH，副邊分布電容40pf，包括緊固夾具在內(nèi)的變壓器外圍尺寸為304X 290 X 123mm,變壓器固定在變壓器油箱中，采用變壓器油進(jìn)行絕緣。本發(fā)明可用于 對(duì)變壓器漏感、分布電容、變壓器體積要求較高的高頻高壓電源中。
權(quán)利要求
1.一種高頻高壓變壓器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的變壓器的原邊和副邊采用分段式同軸結(jié)構(gòu)；所述的變壓器包括兩個(gè)U型磁芯、兩個(gè)變壓器原邊繞組、兩個(gè)變壓器副邊繞組、兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架、兩個(gè)變壓器副邊繞組骨架，以及一套緊固夾具；所述的變壓器原邊繞組骨架和副邊繞組骨架為中空的圓柱筒；所述的變壓器原邊繞組骨架套在U型磁芯上，變壓器副邊繞組骨架套在變壓器原邊繞組骨架的外面；變壓器副邊繞組骨架為多槽結(jié)構(gòu)，變壓器副邊繞組均勻繞制在變壓器副邊繞組骨架的槽內(nèi)；變壓器副邊繞組骨架兩端有若干個(gè)槽內(nèi)不繞制繞組，不繞制繞組的槽數(shù)的多少視沿面絕緣電壓大小確定；變壓器原邊繞組骨架只開一個(gè)槽；變壓器原邊繞組、變壓器副邊繞組、變壓器原邊繞組骨架、變壓器副邊繞組骨架均有兩套；兩套變壓器原邊繞組和兩套變壓器副邊繞組分別繞在兩套變壓器原邊繞組骨架和變壓器副邊繞組骨架上，變壓器原邊繞組骨架和變壓器副邊繞組骨架分別套裝在對(duì)接的兩個(gè)U型磁芯的兩個(gè)磁臂上；所述的緊固夾具由絕緣材料制作的兩塊夾板(6)和緊固螺桿(7)組成，兩個(gè)夾板(6)裝夾在所述的矩形磁芯寬度方向的磁臂上，通過(guò)緊固螺桿(7)緊固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的兩個(gè)U型磁芯對(duì)接形成一個(gè)矩形磁芯；所述的矩形磁芯較長(zhǎng)的兩個(gè)磁臂為高度方向，較短的兩個(gè)磁臂為寬度方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的變壓器原邊繞組骨架和副邊繞組骨架為中空的圓柱筒；兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架分別套在所述矩形磁芯高度方向的兩個(gè)磁臂上，兩個(gè)變壓器副邊繞組骨架分別套在兩個(gè)變壓器原邊繞組骨架外面；變壓器原邊繞組和副邊繞組通過(guò)變壓器同軸的原邊繞組骨架和副邊繞組骨架實(shí)現(xiàn)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的變壓器原邊繞組骨架開有一個(gè)槽，用以繞制變壓器原邊繞組，繞制原邊繞組后剩余的間隙能夠和套在原邊繞組外面的副邊繞組骨架的壁厚共同承受原邊繞組和副邊繞組間的絕緣耐壓；變壓器副邊繞組骨架開有多個(gè)繞線槽，副邊繞組均勻繞制在副邊繞組骨架的各個(gè)槽內(nèi)；變壓器副邊繞組骨架的內(nèi)徑與變壓器原邊繞組骨架的外徑配合，變壓器副邊繞組骨架壁厚加上其與變壓器原邊繞組間的間隙保證原副邊繞組間的絕緣耐壓；變壓器副邊繞組槽深保證副邊繞組能夠全部均勻繞制在副邊骨架開槽內(nèi)；變壓器副邊骨架兩端不繞制導(dǎo)線的槽用于副邊繞組與U型磁芯絕緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的變壓器副邊繞組骨架內(nèi)徑與副邊繞組骨架壁厚，以及副邊繞組骨架槽深之和等于副邊繞組骨架外徑；副邊繞組骨架高度與矩形磁芯內(nèi)窗的高度配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的變壓器原邊繞組和原邊繞組串聯(lián)，變壓器的副邊繞組和副邊繞組串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻高壓變壓器，其特征在于所述的兩塊夾板(6)夾在所述的U型磁芯寬度方向的磁臂上，安裝好原副邊繞組的U型磁芯居中放置在兩塊夾板6之間，兩根磁芯緊固螺桿(7)分別從變壓器兩側(cè)穿過(guò)夾板(6)上的過(guò)孔并用螺母緊固。
全文摘要
一種高頻高壓變壓器結(jié)構(gòu)。變壓器磁芯采用兩個(gè)U型磁芯(1)對(duì)接組成。原邊繞組(5)、副邊繞組(4)均采用兩段式結(jié)構(gòu)，分別繞制在兩個(gè)原邊繞組骨架(3)和兩個(gè)副邊繞組骨架(2)上，副邊繞組骨架(2)套在原邊骨架(3)外面，成為同軸結(jié)構(gòu)。兩套原、副邊繞組骨架分別套在U型磁(1)的高度方向的磁臂上，原、副邊繞組各自串聯(lián)連接，串聯(lián)連接方向使得各繞組產(chǎn)生的磁力線在磁芯中為同一方向。原邊繞組與變壓器磁芯(1)間通過(guò)原邊繞組骨架(3)絕緣，副邊繞組與原邊繞組絕緣通過(guò)副邊繞組骨架(2)的壁厚和原邊繞組(5)與副邊骨架內(nèi)壁的間隙實(shí)現(xiàn)。一套夾具(6、7)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)接磁芯的夾緊和變壓器的固定。
文檔編號(hào)H01F19/04GK103050227SQ20121055838
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者高迎慧, 嚴(yán)萍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所