大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，包括鐵氧體組合磁芯，其上由內而外依次套設初級繞組、次級繞組單元組，初級繞組和次級繞組單元組之間設置絕緣層，鐵氧體組合磁芯的外側通過支撐架單元連接固定。本實用新型采用模塊化、可重構組合式設計思路，根據所需變壓器總功率輸出大小，增加磁路長度、增加磁芯的窗口面積、增加初、次級導線線徑、增加次級整流繞組個數，從而實現可浮動高壓、正或負高壓輸出、多種功率組合式大功率高頻高壓整流變壓器。
【專利說明】
大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及變壓器【技術領域】，尤其是一種大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器。
【背景技術】
[0002]現代電源設備中常用到大功率高壓電源，其用途十分廣泛，在能源轉換、粒子產生和加速、激光、國防等場合都有非常重要的應用。
[0003]現有的大功率高頻高壓電源，逆變方式有多種分類，對于不同的逆變方式，對高頻變壓器的要求也不同。現有的大功率高頻高壓電源常用的超微晶體磁芯飽和磁導率高、力口工工藝復雜，使用時要加防護外殼，而常用的鐵氧體飽和磁導率低，但其可以使用模具成型成多種形狀，加上簡單的初次級骨架就可以使用，相對批量生產的成本低。然而，在大功率高頻高壓電源變壓器中，由于功率、使用環境、是否浮動、輸出最高電壓等不同，一般都需要進行特殊設計，特別是使用超微晶體磁芯，還需要訂制防護外殼，為此增加了大功率高頻高壓電源的設計周期和成本。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種設計周期短、成本低、組合方便、實現可浮動高壓、輸出正或負高壓、輸出多組高壓的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:一種大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，包括鐵氧體組合磁芯，其上由內而外依次同心軸套設初級繞組、次級繞組單元組，初級繞組和次級繞組單元組之間設置絕緣層，鐵氧體組合磁芯的外側通過支撐架單元連接固定。
[0006]所述鐵氧體組合磁芯包括兩個開口相對布置的U型鐵氧體磁芯，二者的磁柱端部之間橫向夾置多個加長鐵氧體磁柱，鐵氧體組合磁芯的上方磁柱上由內而外依次套設初級繞組、次級繞組單元組，鐵氧體組合磁芯的下方磁柱上包裹絕緣介質紙膜，兩個U型鐵氧體磁芯通過支撐架單元連接固定。
[0007]所述絕緣層為空氣介質、絕緣變壓器油、環氧樹脂、阻燃導熱液體灌封AB膠中的任意一種。
[0008]所述初級繞組由初級骨架和初級線包組成，初級骨架緊套在U型鐵氧體磁芯以及加長鐵氧體磁柱上，初級線包纏繞在初級骨架上，初級線包的外側設置絕緣層，次級繞組單元組由多個次級繞組單元并排連接組成，次級繞組單元由次級骨架、次級線包和整流板組成，次級線包纏繞在次級骨架上，多個次級繞組單元并排連接，共同套設在初級繞組上且和初級繞組之間布置絕緣層，整流板上開設與次級骨架的端部相配合的圓孔。
[0009]所述支撐架單元包括支撐架本體、環氧樹脂固定環和支撐柱，環氧樹脂固定環套設在兩U型鐵氧體磁芯位于上方的磁柱內側且緊緊抵靠在次級繞組單元組的兩側上，環氧樹脂固定環上設置安裝部，安裝部內開設螺紋孔，支撐架本體緊貼U型鐵氧體磁芯的磁柱外側布置，支撐架本體上開設多個安裝孔，螺釘穿過安裝孔安裝在環氧樹脂固定環的螺紋孔內，支撐柱緊貼兩U型鐵氧體磁芯位于下方的磁柱以及加長鐵氧體磁柱布置，支撐柱的兩端通過螺釘與支撐架本體固連。
[0010]所述整流板上焊接整流電路，所述整流電路為橋式整流電路；所述的次級骨架、整流板、次級線包的個數相同，所述的初級骨架的長度與鐵氧體組合磁芯的單邊繞線長度一致。
[0011]所述次級繞組單元組的兩側與鐵氧體組合磁芯的兩端內側之間留有安全距離d，所述次級繞組單元組的長度是鐵氧體組合磁芯的單邊繞線長度與兩倍的安全距離之差，其中安全距離d是變壓器最高電壓輸出端與U型鐵氧體磁芯的電氣安全距離，所述次級線包的總匝數N2為輸出最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包的匝數N，即:
[0012]Ν2 = ^^*Ν。
[0013]所述初級線包的匝數N的計算公式為Ar= 4 44χ /.=&><—_，其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為U型鐵氧體磁芯的峰值，Ae為U型鐵氧體磁芯的有效橫截面積。
[0014]由上述技術方案可知，本實用新型采用模塊化、可重構組合式設計思路，根據所需變壓器總功率輸出大小，增加磁路長度、增加磁芯的窗口面積、增加初、次級導線線徑、增加次級整流繞組個數，從而實現可浮動高壓、正或負高壓輸出、多種功率組合式大功率高頻高壓整流變壓器。
[0015]本實用新型通過增加或減少加長鐵氧體磁柱、次級繞組單元的個數，從而更方便的對變壓器進行組合和重構，實現設計周期短，成本低、組合方便的特點；本實用新型通過設置不同絕緣層的厚度和采用不同絕緣材料，使變壓器實現可浮動不同高壓、輸出正或負高壓的功能；本實用新型次級繞組單元組采用多個次級繞組單元并排連接組合而成，從而使變壓器實現多種功率組合、輸出多組高壓的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型的A-A剖視圖；
[0018]圖3為圖1中初級繞組、次級繞組單元和鐵氧體組合磁芯截面圖；
[0019]圖4為本實用新型的電氣原理圖。
【具體實施方式】
[0020]一種大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，包括鐵氧體組合磁芯10，其上由內而外依次同心軸套設初級繞組20、次級繞組單元組，初級繞組20和次級繞組單元組之間設置絕緣層40，鐵氧體組合磁芯10的外側通過支撐架單元50連接固定，如圖
1、2、3所示，所述絕緣層40為空氣介質、絕緣變壓器油、環氧樹脂、阻燃導熱液體灌封AB膠中的任意一種，其絕緣耐壓度由輸出最高電壓大小或所需浮動高壓的大小來決定，使變壓器實現了可浮動高壓輸出的功能。
[0021]如圖1、2、3所示，所述鐵氧體組合磁芯10包括兩個開口相對布置的U型鐵氧體磁芯11，二者的磁柱端部之間橫向夾置多個加長鐵氧體磁柱12，鐵氧體組合磁芯10的上方上由內而外依次套設初級繞組20、次級繞組單元組，鐵氧體組合磁芯10的下方上包裹絕緣介質紙膜，兩個U型鐵氧體磁芯11通過支撐架單元50連接固定。加長鐵氧體磁柱12的個數根據所需變壓器功率容量的增大而增加，所述U型鐵氧體磁芯11的型號為UY20、UF101、UF120等。可見，鐵氧體組合磁芯10由兩個U型鐵氧體磁芯11、偶數個加長鐵氧體磁柱12組合而成，利用增加磁路長度的方法增加磁芯的窗口面積，從而可以容下大功率變壓器的初、次級導線，其單邊繞線長度由U型鐵氧體磁芯11的尺寸、加長鐵氧體磁柱12的單邊個數、單個加長鐵氧體磁柱12的長度共同決定，其窗口繞線的有效面積由所需變壓器功率容量的大小、磁芯截面積、工作頻率、浮動高壓大小等決定。
[0022]如圖1、2、3所示，所述初級繞組20由初級骨架21和初級線包22組成，初級骨架21緊套在U型鐵氧體磁芯11以及加長鐵氧體磁柱12上，初級線包22纏繞在初級骨架21上，初級線包22的外側設置絕緣層40，次級繞組單元組由多個次級繞組單元30并排連接組成，次級繞組單元30由次級骨架31、次級線包32和整流板33組成，次級線包32纏繞在次級骨架31上，多個次級繞組單元30并排連接，共同套設在初級繞組20上且和初級繞組20之間布置絕緣層40，整流板33上開設與次級骨架31的端部相配合的圓孔。
[0023]所述支撐架單元50包括支撐架本體51、環氧樹脂固定環52和支撐柱53，環氧樹脂固定環52套設在兩U型鐵氧體磁芯11位于上方的磁柱內側且緊緊抵靠在次級繞組單元組的兩側上，環氧樹脂固定環52上設置安裝部52a，安裝部52a內開設螺紋孔，支撐架本體51緊貼U型鐵氧體磁芯11的磁柱外側布置，支撐架本體51上開設多個安裝孔，螺釘穿過安裝孔安裝在環氧樹脂固定環52的螺紋孔內，支撐柱53緊貼兩U型鐵氧體磁芯11位于下方的磁柱以及加長鐵氧體磁柱12布置，支撐柱53的兩端通過螺釘與支撐架本體51固連。
[0024]如圖4所示，所述整流板33上焊接整流電路33a，所述整流電路為橋式整流電路；所述的次級骨架31、整流板33、次級線包32的個數相同，所述的初級骨架21的長度與鐵氧體組合磁芯10的單邊繞線長度一致。所述的次級骨架31采用環氧桶加工而成；所述的次級線包32用絲包線繞制一定的匝數，其匝數由次級繞組單元組總匝數和次級繞組單元的總個數來決定,其輸出端與整流板32的輸入端相連；所述的整流板32的整流方式為橋式整流，其輸出端與下一整流板32的輸入端相連。
[0025]所述次級繞組單元組的兩側與鐵氧體組合磁芯10的兩端內側之間留有安全距離d，所述次級繞組單元組的長度是鐵氧體組合磁芯10的單邊繞線長度與兩倍的安全距離之差，其中安全距離d是變壓器最高電壓輸出端與U型鐵氧體磁芯11的電氣安全距離，所述次級線包32的總匝數N2為輸出最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包22的匝數N，即:
[0026]NI =導 *N。
[0027]所述初級線包22的匝數N的計算公式為N = 444χ fUxAe>< /j/n ,其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為U型鐵氧體磁芯11的峰值，Ae為U型鐵氧體磁芯11的有效橫截面積。
[0028]實施例一
[0029]本例為電壓10kV、電流3A，即功率容量Po為30kW的高頻變壓器。變壓器工作頻率為50kHz，該變壓器初級前的拓撲采用全橋方式，變壓器初級電壓U為500V。
[0030]如圖1、2所示，鐵氧體組合磁芯10的U型鐵氧體磁芯11采用UF120C/90/30，其截面積Ae為9.0cm2，單邊繞線長度為180mm，其窗口繞線的有效面積為104.4cm2，兩個U型鐵氧體磁芯11之間加各加入一個加長鐵氧體磁柱12--對接；加長鐵氧體磁柱12的長度和鐵氧體組合磁芯11的單邊內側長度相同為60_，其截面積、形狀和U型鐵氧體磁芯11的截面積、形狀一樣，其總個數為兩個，一邊各一個。
[0031]如圖1、2所示，初級繞組20的導線均勻繞制在初級骨架21上，初級線包22的匝數為12匝。初級繞組20采用三根絲包線0.1*700并行均勻繞制12匝在初級骨架21上，引出頭加固，引出長度大于15cm，初級線包22從一頭繞向另一頭后，再從初級骨架21 一面返回起頭處，兩組初級導線再引出；初級骨架21的長度與鐵氧體組合磁芯11的單邊繞線長度一致為180_。絕緣層40采用油浸式絕緣，同時控制次級繞組單元組的兩端與U型鐵氧體磁芯11的距離，使變壓器實現了可浮動高壓的功能。支撐架單元50包含兩個環氧樹脂固定環51、兩個不銹鋼的支撐架本體51、兩個支撐柱53，用于固定變壓器。
[0032]如圖3、4所示，次級繞組單元組由十段次級繞組單元30在絕緣層40上并排連接組合而成，其長度為140mm，總匝數為240匝，次級線包32采用單根絲包線0.1 X 100蜂房繞法繞制24匝。次級線包32的匝數為24匝，次級骨架31采用環氧桶加工而成；十段次級骨架31之間夾整流板32，并且相互緊扣，兩頭使用環氧樹脂固定環52固定，安裝好后，次級骨架31與初級線包22之間存在3_以上的間隙，便于變壓器油流動散熱和絕緣，每段次級繞組單元30的兩個出線頭加固處理，成90度引出，便于連接整流板32。
[0033]總之，本實用新型采用模塊化、可重構組合式設計思路，根據所需變壓器總功率輸出大小，增加磁路長度、增加磁芯的窗口面積、增加初、次級導線線徑、增加次級整流繞組個數，從而實現可浮動高壓、正負高壓輸出、多種功率組合式大功率高頻高壓整流變壓器。
【權利要求】
1.一種大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:包括鐵氧體組合磁芯(10)，其上由內而外依次同心軸套設初級繞組(20)、次級繞組單元組，初級繞組(20)和次級繞組單元組之間設置絕緣層(40)，鐵氧體組合磁芯(10)的外側通過支撐架單元(50)連接固定。
2.根據權利要求1所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述鐵氧體組合磁芯(10)包括兩個開口相對布置的U型鐵氧體磁芯(11)，二者的磁柱端部之間橫向夾置多個加長鐵氧體磁柱(12),鐵氧體組合磁芯(10)的上方磁柱上由內而外依次套設初級繞組(20)、次級繞組單元組，鐵氧體組合磁芯(10)的下方磁柱上包裹絕緣介質紙膜，兩個U型鐵氧體磁芯(11)通過支撐架單元(50)連接固定。
3.根據權利要求1所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述絕緣層(40)為空氣介質、絕緣變壓器油、環氧樹脂、阻燃導熱液體灌封AB膠中的任意一種。
4.根據權利要求2所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述初級繞組(20)由初級骨架(21)和初級線包(22)組成，初級骨架(21)緊套在U型鐵氧體磁芯(11)以及加長鐵氧體磁柱(12)上，初級線包(22)纏繞在初級骨架(21)上，初級線包(22)的外側設置絕緣層(40)，次級繞組單元組由多個次級繞組單元(30)并排連接組成，次級繞組單元(30)由次級骨架(31)、次級線包(32)和整流板(33)組成，次級線包(32)纏繞在次級骨架(31)上，多個次級繞組單元(30)并排連接，共同套設在初級繞組(20)上且和初級繞組(20)之間布置絕緣層(40)，整流板(33)上開設與次級骨架(31)的端部相配合的圓孔。
5.根據權利要求2所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述支撐架單元(50)包括支撐架本體(51)、環氧樹脂固定環(52)和支撐柱(53)，環氧樹脂固定環(52)套設在兩U型鐵氧體磁芯(11)位于上方的磁柱內側且緊緊抵靠在次級繞組單元組的兩側上，環氧樹脂固定環(52)上設置安裝部(52a)，安裝部(52a)內開設螺紋孔，支撐架本體(51)緊貼U型鐵氧體磁芯(11)的磁柱外側布置，支撐架本體(51)上開設多個安裝孔，螺釘穿過安裝孔安裝在環氧樹脂固定環(52)的螺紋孔內，支撐柱(53)緊貼兩U型鐵氧體磁芯(11)位于下方的磁柱以及加長鐵氧體磁柱(12)布置，支撐柱(53)的兩端通過螺釘與支撐架本體(51)固連。
6.根據權利要求4所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述整流板(33)上焊接整流電路(33a)，所述整流電路為橋式整流電路；所述的次級骨架(31)、整流板(33)、次級線包(32)的個數相同，所述的初級骨架(21)的長度與鐵氧體組合磁芯(10)的單邊繞線長度一致。
7.根據權利要求4所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述次級繞組單元組的兩側與鐵氧體組合磁芯(10)的兩端內側之間留有安全距離d，所述次級繞組單元組的長度是鐵氧體組合磁芯(10)的單邊繞線長度與兩倍的安全距離d之差，其中安全距離d是變壓器最高電壓輸出端與U型鐵氧體磁芯(11)的電氣安全距離，所述次級線包(32)的總匝數N2為輸出最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包(22)的匝數N，即: N2 =監* N。 U
8.根據權利要求4所述的大功率浮動高壓可重構組合式高頻高壓整流變壓器，其特征在于:所述初級線包(22)的匝數N的計算公式為N = 444 χ f^Ae χ Bm，其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為U型鐵氧體磁芯(11)的峰值，Ae為U型鐵氧體磁芯(11)的有效橫截面積。
【文檔編號】H01F19/04GK203931712SQ201420299952
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】邵康, 李運海 申請人:合肥雷科電子科技有限公司