Innovazio eta Arrunta Konposizio Trasformadoreetan 10kV Altu-tentsioaren Altu-maiztasuneko

1.Innovative Winding Structures for 10 kV-Class High-Voltage High-Frequency Transformers

1.1 Zoned and Partially Potted Ventilated Structure

• Bi ferriteko nukleo U itxura duztenak elkarriztopatzen dira nukleo magnetiko bat osatzeko, edo serieko/serie paraleloko nukleo moduluetan bildu daitezke. Emandari eta segundario bobbinek hurrenez hurren nukleoko eskuin eta ezkerrerako zuzenki guztietan kokatzen dira, nukleo topaketarako erdigunia mugagaitza bezala. Era bereko bobinak alde berean taldekatzen dira. Litz wire hobestua da bobinatzeko material garrantzitsuan altu mailako galderak murrizteko.

• Altu mailako bobina bakarrik (edo emandaria) epoxi resina osoz dago lotuta. PTFE orria txertatzen da emandariaren eta nukleo/segundarioaren artean insulazio fidagarriak lortzeko. Segundarioaren gainazalak paper isolante edo taipetxoa inguratzen ditu.

• Bobinak eta ezker eta eskuinen zuzenkietan dagoen segundarioaren arteko kanalak (zati desgarrantzitsuak) eta nukleo magnetikoaren arteko zati desgarrantzitsuak mantentzen badira, diseinu honek erraztasuna gehitzen du soseaskuntzan, pisua eta kostua murriztuz, dielektrikotasuna mantentzean—hainbat ≥10 kV izolamendurako egoki dena.

1.2 Modular Design and Grounded Litz Wire Electric Field Shielding

• Altu mailako eta baxu mailako bobin moduluak bereizita lotzen dira eta ondoren nukleo unitatean asamblean. Modulu artean aireko zati desgarrantzitsuak mantentzen dira asamblatzea eta soseaskuntza errazteko, eta modulu akatsduak baldin badira, zereginetan aldatu daitezke, mantentasuna hobetuz.

• Litz wire oinarritutako elektrikoaren barruko eta kanpoko aldetan sartzen dira elektrikoaren barruko eta kanpoko aldetan. Honek altu mailako elektrikoa epoxi resina osoz lotutako egoeran mugatzen du, hondamendu partziala (PD) arriskua gehiegiz murriztuz, elektrikoaren supresioa soilik beharrezkoa ez izanik.

• Litz wireko babesa puntu bakarreko tokitasunez irekita utzi daitezke, elektrikoaren formatzea lortuz eta birborda edo erlazioa handiak sortu gabe. Bobinak eta nukleo artean kanalak mantentzen badira, soseaskuntza erdibenta eta miniaturizazioa batera lortzen dira.

1.3 Segmented Winding and Electric Field Shaping

• Kokapen konexuak eta segmentazio ribak insulazio bobinera gehitu dira, emandari eta segundario bobinak “segmentu-talde” gisa interkalatu ahal izateko. Honek geratzen diren tenperatura gradienteak eta kapazitate parasitarren balioa askoz murriztu, EMI eramatea kontrolatuz eta tenperatura banaketa uniformeagoa lortuz.

• Segmentuen kopurua n eta geratzen diren tenperatura gradienteak analitiko edo empiriko formulak (adibidez, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, non k₁ emandari/segundarioaren auto-kapazitateen eta elkarrekiko kapazitateen arteko minimoa baita), bolumena, leku-induktoreak eta kapazitate parasitarren arteko optimotik lortzen dira—indar handiko, altu mailako, altu mailako aplikazioetarako egokiak.

1.4 Composite Windings and Integrated Water Cooling

• Nukleo bi zati horretan banatzen da. Konposatu bobin teknika erabili da: lehengo konposatu bobina (adibidez, emandaria) barrualdean hasita kanporako geratzen da, landaberriak erreserbaturik; ondoren, bigarren zatian, bigarren konposatu bobina (adibidez, segundarioa) erreserbaturiko landaberrietan alderantzikatuta bobinatzen da. Honek geratzen diren tenperatura gradienteak askoz handitzen ditu, gorputz elektrikoa murriztuz, betetasuna eta iraungitasa handituz.

• Kanalak kanpoan dagoen nukleoaren paredean mekanizatu dira ur-soseaskuntza kanalak integrazioa lortzeko, termikoaren prestakuntza hobetuz eta asamblatzean mekanikoki zurirotzeko arriskua galtzen ari dira. Konposatu isolazioa PI/PTFE laminatuen konfigurazio eskaleratu baten bidez egiten da, higidura distantzia adeiatua eta lotura ondo plenezkoak lortzeko.

1.5 Novel Winding Techniques and Loss Control Pathways

PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) bobin teknika sartu da: bobin topologia eta layout optimizatuaren bidez, hauts eta hurbiltsu efektuak—eta beraz, altu mailako galderak—askoz murriztu dira. Kasu jakinetan, hau 99.5% baino gehiagoko koplotsuna lortzen du, 10 kV izolamendu ahalmenarekin, kontrolatzen diren leku-induktoreekin eta kapazitate distributiborik gutxi dituena—hainbat 30–400 kW, 4–50 kHz altu mailako altu mailako aplikazioetarako egokia.

2. Common Winding Structures for 10 kV-Class High-Voltage High-Frequency Transformers

2.1 Basic Winding Configurations and Application Scenarios

• Multi-layer cylindrical: Eguneroko prozesu fabrikatu; erraza inter-layer isolazioa eta soseaskuntza kanalak sartzea; egokia tensio altu mailako jarraitu bobinetarako.

• Multi-segment layered: Segmentu axilarrak paper isolantez banatuta; efektiboki murriztu inter-layer tensio gradienteak eta eremua kontzentratu; ohikoa HV bobinetan hondamendu partziala murrizteko.

• Continuous (disc-type): Disk sekzio anitz axialki pilatuta; mekanikoki indartsu eta termiko prestakuntza ona; egokia kapazitate handiko/tensio altu mailako aplikazioetarako.

• Double-disc: Bi disk sekzio serietan/paralelotan konektatuta; idealak intensitate handiko edo HV bobinetarako.

• Helical: Single/double/quadruple helix; egitura sinplea; egokia intensitate handiko LV bobinetarako edo on-load tap-changing bobinetarako; birborda kopuru mugatua.

• Aluminium foil zilindrikoak: Etaikuntza bakoitzeko aluminio folioko biraka bat; espazioa erabilera handia eta automatizagarria; HV itsasontzi txiki eta ertain arteko oso egokia.

Hauen dira indarrerako tresna transformatzaileetan HV itsasontzien egitura estandarra eta adostu edo hobetu behar dira 10 kV-ko mailako indarrerako maiztasun handiko transformatzailetarako isolamendua eta termika ezaugarritasuna hobetzeko.

2.2 Indarrerako maiztasun handiko aplikazioentzako Itsasontziaren eraikuntza arrunta eta prozesuak

• Zilindriko (geruzadun) kokapena: HV itsasontzia barruan, LV kanpoan (edo alderantziz); geruzak multizaharrak dituen diseinu bat, inter-geruzako isolamendua dauden arteko diferentziak banatzeko; segmentatutako eraikuntza erabili daiteke elektriko eremuaren banaketarako eta PD ezaugarritasuna hobetzeko.

• Segmentazioa eta interkaltzea: HV itsasontzia hainbat koilean zatitzen da eta sakonduko/segmentatuko da geruzen arteko tensioaren gradientea eta parasito kapazitatea murrizteko, hedatutako EMI-a supresatzeko eta tensiorik uniformea lortzeko.

• Faraday eta elektrostatikoa babesteko: Kobrezko folioa edo gutxi gorabehera konduzibleko geruza bat kokatzen da lehensugurra/bihurgarriaren artean edo itsasontziekin, puntu bakarrean lortuta, komuna moduko kapazitatea eta kopplatura soinua murrizteko; babesa itsasontziaren zabalera berdina izan behar du eta isolamendua iritsi dezakeen ertz askerrik gabekoak saihesteko.

• Konduktoreen eta korronte dentsitatearen optimizazioa: Litz wire, hankatutako konduktoreak edo kobrezko folioa hautemenduak dira HV/korronte handiko bigarren eskuinekoak ahurtasun efektua/proximitatearen efektua murrizteko, AC resistenzia (Rac) eta kobrezko galdua gutxitzeagatik; korronte dentsitatea (J) eta tenperatura jaitsiera kontrolatzen dira leiho eta segurtasun regulazio mugen barruan.

• Isolamendu eta krupezko diseinua: Barreien, amaieran, terminalen borobila eta kombinatutako inter-geruzak/inter-itsasontziko isolamenduaren erabilera; krupezko distantzia eta marjinak kontaminazio maila eta tensio klasearen arabera diseinatzen dira; vakuumeko ingurpena/pottinga aplikatu daiteke dielektrikoa nahasteko eta termika konduktibitatea handitzeko.

Eraikuntza eta prozesu-hondarrak isolamendu mailarekin, parasito parametroekin eta indar mailarekin balantzeatzeko lotuta daude—ingurune teknikoan 10 kV isolamendu fiablea lortzeko garrantzitsuak dira.

2.3 HV Bigarren Eskuineko Irteera Implementazio Moduak (Itsasontziaren Eraikuntzari Ondorioz)

• Tentsio multiplikatzailea: Multistage tentsio bikoiztu rectifikatzailearen aldean tentsioaren stressa eta parasito kapazitatea gehitu egiten dira, isolamenduaren diseinua erraztuta. Hala ere, eragozpen transzientei/amaierara hasiak sentikorra da eta surges korronteak sortzen ditu. Praktikan, ez da normalean bi fase baino gehiago erabiltzen, korronte-murrizketak eta babespuntu estrategiak beharrezkoak dira.

• Serie/paralelo konbinazioa: Bigarrena hainbat koil paketeetan zatitzen da, seriean/paraleloan konektatzen direnak barne edo rectifikatzailearen ondoren tentsioa/indar desira dutenean. Pakete guztiak magnetikoaren bide-zirriborroa partekatzen dute, modular diseinua eta tentsioaren balantzea erraztuta—indar handiaren emaitzarentzat ideala.

Bi metodoak diseinu integrazioa behar dute itsasontziaren segmentazioarekin, babesarekin eta isolamenduaren leihoekin tentsioaren stressa, efizientzia, EMI eta termika ezaugarritasuna balantzeatzeko.

2.4 Eraikuntza Aukeratzeko Gida (Ingegintza Erreferentzia Azkarra)

• Elektro eremu uniformea eta PD kontrola priorizatzen baduzu: Segmented edo jarraitu (disk-tipo) HV itsasontziekin, Faraday babesa, amaiera marginekin eta barrekin; beharrezkoa bada, vakuumeko ingurpena/pottinga gomendatzen da.

• Korronte handiak eta kobrezko galdu gutxi priorizatzen baduzu: Litz wire edo kobrezko folioa bigarren eskuinekoan erabili; interkaltetako edo sandwich winding erabili barnean fugatutako induktzioa eta Rac gutxitzea; babesa kanpoan indartu eta isolamendua.

• Montaje eta mantentzea priorizatzen baduzu: Modular bigarren koil paketeak serie/paralelo konektzetan, tentsioaren balantzea, proba eta akats isolamendua erraztuta; tentsio multiplikatzailea (≤2 fase) edo serie/paralelo konbinazioa rectifikatzailearen aldean indar eta transzienten eskumenen arabera hautatu.