Innovatiiviset ja yleiset kierron rakenne 10kV korkeanpaineisille korkeataajuusmuuntajille

1.Innovaatiiviset kierrosmuodot 10 kV-luokan korkeajänniteen ja korkean taajuuden muuntimille

1.1 Alueellinen ja osittain kynttelytetty ilmanvaihtoruuma

• Kaksi U-muotoista ferritetyyppistä ydinpiiria yhdistetään muodostaen magneettisen yksikön, tai ne voidaan edelleen yhdistää sarjaan/sarja-rinnankäyttöön. Primääri- ja sekundäärikierrot asennetaan ytimen vasemman ja oikean suoran jalan päälle, vastaavasti, ytimen yhdistämispinta toimii rajapintana. Samantyyppiset kierrot ryhmitellään samaan puoleen. Litz-kierre on suosittelija kierromateriaalina korkean taajuuden tappioiden vähentämiseksi.

• Vain korkeajännitekierre (tai primääri) on täysin kynttelytetty epoksiharjalla. PTFE-harkki asetetaan primäärin ja ytimen/sekundäärin välille varmistaakseen luotettavan eristyksen. Sekundääripinta on peitetty eristyspaperilla tai -teipillä.

• Ilmanvaihtokanavien (kierrosten välillä ja sekundäärikierrosten välillä vasemmassa ja oikeassa jalassa) ja magnettisten ytimien välissä säilyttämällä tämä suunnitelma parantaa huomattavasti lämmönsiirtymistä, samalla vähentäen painoa ja kustannuksia, pitäen silti dielektrisen vahvuuden—tekee siitä sopivan ≥10 kV eristystarpeisiin.

1.2 Modulaari suunnittelu ja maanjäristykset litz-kierroksella sähkökentän suojaksi

• Korkeajännitteiset ja alijännitteiset kierromoduulit on kynttelytetty erikseen ja sitten asennettu ytimeen. Ilmakappaleita säilytetään moduulien välillä helpottamaan asennusta ja jäätmistä, ja vaurioituneet moduulit voidaan korvata yksittäin häiriötilanteissa, mikä parantaa ylläpidettävyyttä.

• Maanjäristykset litz-kierrolla perustuvat sähkökentän suojakerroksille korkeajännitekierroksen sisä- ja ulkopuolella. Tämä rajoittaa korkean taajuuden sähkökentän pääasiassa korkean dielektrisen vahvuuden epoksi-kynttelytettyyn alueeseen, vähentäen huomattavasti osittaisen sähköiskun (PD) riskiä ilman, että tarvitaan liiallista kierrosten välistä etäisyyttä sähkökentän tukahduttamiseksi.

• Litz-kierron suojakerros voidaan jättää avoimeksi piiriksi yhden pisteen maanjäristyksellä, saavuttaen sähkökentän muotoilun, välttäen samalla merkittäviä pyörrevirta-tappioita. Ilmanvaihtokanavat säilytetään kierrosten ja ytimen välillä, mahdollistaen puoliovihkuvauhdituksen ja pienennysmallin yhtä aikaa.

1.3 Segmentoitujen kiertojen ja sähkökentän muotoilun

• Aksiaaliset hihat ja segmentointiripset lisätään eristysbobbiin, mahdollistaen primääri- ja sekundäärikierrosten välittömän "segmentti-ryhmän" välille. Tämä vähentää huomattavasti kerrostenvälisten jännitegradienttien ja parasitoiden kapasitiivisuuden, hillitsee johtuvaa EMI:a ja parantaa jännitteen jakautumisen tasaisuutta.

• Segmenttien määrä n ja kerrosten määrä määritellään analyysin tai empiiristen kaavojen avulla (esimerkiksi n = −15.38·lg k₁ − 18.77, missä k₁ on pienin arvo primääri/sekundääri itsekapasitiivisuuden ja yhteisestä kapasitiivisuudesta), saavuttaen optimaalisen kompromissin tilavuudessa, vuotoinduktanssissa ja parasitoiden kapasitiivisuudessa—ideaalinen korkean tehon, korkean jännitteen ja korkean taajuuden käytölle.

1.4 Yhdistetty kierroksen ja integroitu vesi-jäähdytys

• Ydin jaetaan kahteen kierroksen alueeseen. Käytetään yhdistettyä kierroksen lähestymistapaa: ensimmäinen yhdistetty kierre (esimerkiksi primääri) on kierretty sisäpuolta ulospäin, jättäen johtimet varaamatta; sitten toisessa alueessa toinen yhdistetty kierre (esimerkiksi sekundääri) on kierretty päinvastaiseen suuntaan käyttäen varattuja johtimia. Tämä laajentaa kerrostenvälisten kuilujen ja vähentää jäämävarauksen, parantaa korkean jännitteen luotettavuutta ja käyttöikää.

• Levityskohdat on valmistettu ulkoisen ytimen seinässä integroidaakseen kosketukseton vesi-jäähdytyskanavat, parantaen lämpösuorituskykyä ilman mekaanisen vaurion riskejä asennuksen aikana. Yhdistetty eristys käyttää PI/PTFE-laminaatteja porrastettuna asettelussa varmistaakseen riittävän kypeämatkan ja korkealaatuisen kynttelytetyn täytteen.

1.5 Uudet kierroksen tekniikat ja tappiot hallintapolkuja

PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) kierroksen teknologia on otettu käyttöön: optimoitu kierroksen topologia ja asettelu, ihomuodon ja läheisyysvaikutuksen—ja siten korkean taajuuden tappioiden—huomattava supressio. Tämä saavuttaa koppeliustekoisuuden >99.5% raportoituissa tapauksissa, yhdessä 10 kV eristyskyvyn, ohjattavalla vuotoinduktanssilla ja alhaisella levitetty kapasitiivisuudella—tekee siitä sopivan mukautettujen 30–400 kW, 4–50 kHz korkean jännitteen ja korkean taajuuden sovelluksiin.

2. Yleiset kierroksen rakenteet 10 kV-luokan korkeajänniteen ja korkean taajuuden muuntimille

2.1 Perus kierroksen konfiguraatiot ja sovelluskuvat

• Monikerroksinen sylinterimainen: kypsä valmistusprosessi; helppo lisätä kerrostenvälinen eristys ja jäämäkanavat; sopiva keskitason ja korkean jännitteen jatkuvalle kierrole.

• Monisegmenttinen kerroksinen: useat aksiaaliset segmentit, jotka on eroteltu eristyspaperirengaseilla; tehokas kerrostenvälisten jännitegradienttien ja kentän konsentraation vähentäminen; yleisesti käytetty HV-kierroksissa osittaisen sähköiskun hillitsemiseksi.

• Jatkuva (levymäinen): koostuu useista levymäisistä osista, jotka on asetettu aksiaalisesti; tarjoaa hyvän mekaanisen vahvuuden ja lämpösuorituskyvyn; sopiva suurelle kapasiteetille/korkeammalle jännitteelle sovelluksille.

• Kaksilevyinen: kaksi levyä ryhmässä, yhdistetty sarja/rinnankäyttö; ideaali korkean virran tai erityistarkoitukseen suunnitellulle HV-kierrokselle.

• Helikaalinen: yksinkertainen, yksinkertaisen/kaksinkertaisen/nelinkertaisen helikaalinen; yksinkertainen rakenne; sopiva korkean virran LV-kierrokselle tai ladattavalle kierrokselle; rajallinen kierrosten määrä.

• Alumiinipaperi sylinterimäinen: Yksi kierros per kerroksessa alumiinipaperilla; korkea tilan käyttöaste ja automaatiokelpoinen; sopiva pienille ja keskisuurille HV-pituille.

Nämä ovat vakiomuotoisia HV-pituja voimansiirtojen muuntimissa ja niitä usein sopeutetaan tai parannellaan 10 kV-luokan korkean jännitteen, korkean taajuuden muuntimissa parantamaan eristystä ja lämpösuorituskykyä.

2.2 Tyypilliset piturakenteet ja -prosessit korkean jännitteen, korkean taajuuden sovelluksissa

• Keskipisteen ympärille (kerroksittain) asettelu: HV-pitu sisällä, LV-pitu ulkopuolella (tai päinvastoin); monikerroksinen suunnitelma kerrosten välisellä eristyksellä jakamaan suuret potentiaaliero; segmentoidun rakenteen käyttö optimoi sähkökentän jakautumista ja osallistuvaa hajontaa.

• Segmentointi ja väliaikainen asettelu: HV-pitu jaetaan useampaan pyyhkeeseen ja ne asetetaan vaihtoehtoisesti/segmentoituina vähentääksesi kerrosten välisen jännitegradientin ja sivukapasitanssin, hillitäksesi johtuvaa EMI:a ja parantaaksesi jännitteen tasaisuutta.

• Faradayn ja elektrostaattinen suojitus: Kuparipaperi tai johtavat kerrokset asetetaan ensimmäisen/sekundäärin välille tai ympärille ja maanjätetään yhdessä pisteessä vähentääksesi yhteismoodin kapasitanssia ja kytkennän melua; suojitus on vastaava pitun leveydelle eikä saa sisältää teräviä reunia, jotka voisivat poikkitiskata erityksen.

• Johtimen ja virtatiheyden optimointi: Litz-säie, moniosainen johtin tai kuparipaperi on suosittuja HV/korkean virran sekundäreille, jotta voidaan hillitä ihmevaikutusta/lähikaarteisuusvaikutusta, vähentää AC-vastusta (Rac) ja kuparin hävikkiä; virtatiheys (J) ja lämpötilan nousu hallitaan ikkunan ja turvallisuussääntöjen rajoissa.

• Eristys ja luistelusuunnittelu: Esteiden, reunojen, hihkoisten terminaalien ja yhdistettyjen kerrosten/pituitten välisten eristysten käyttö; luistelumatka ja tyhjätila suunnitellaan saasteasteen ja jännitealuksen mukaan; tyhjiön impregnaatio/tynnyriteknologiaa voi käyttää parantaakseen dielektrisen kestävyyttä ja lämmönjohtavuutta.

Nämä asettelun ja prosessin huomioonotot liittyvät tiiviisti eristystason, sivukaparametrien ja tehon tasaamiseen—avainasemassa luotettavan 10 kV-eristyksen saavuttamisessa insinöörillisessä käytännössä.

2.3 Korkean jännitteen sekundäärin tulostuksen toteutustavat (riippuva piturakenteesta)

• Jännitteen kertalomuuntaja: Monivaiheinen jännitteen kertaluku suodattimen puolella vähentää huomattavasti jännitteen kuormitusta ja sivukapasitanssia kutakin pitukehitysvaihetta kohti, helpottaa eristyssuunnittelua. Se on kuitenkin herkkä latauskirjauksille/lyhytsulkuille ja altis huippujännitteille. Käytännössä ei yleensä käytetä enempää kuin kahden vaiheen, vaaditaan virtarajoitus- ja suojastrategioita.

• Sarjan/parallelin yhdistelmä: Sekundäär jaetaan useampaan pyyhkepakettiin, jotka on yhdistetty sarjaksi/parallelle sisäisesti tai suodattimen jälkeen saavuttaaksesi halutun jännitteen/tehon. Kaikki paketit jakavat saman magneettisen piirin, mikä edistää modulaarista suunnittelua ja jännitteen tasapainottamista—ideaali suuren tehon tuotokselle.

Molemmat menetelmät vaativat integroitua suunnittelua pitusegmentoinnin, suojauksen ja eristyksen ikkunoiden kanssa tasapainottamaan jännitteen kuormitusta, tehokkuutta, EMI:a ja lämpösuorituskykyä.

2.4 Rakenteen valintasuositukset (nopea insinöörimainonta)

• Sähkökentän tasaisuuden ja PD:n hallinnan priorisoiminen: Suositaan segmentoitua tai jatkuvaa (levytyyppistä) HV-pituja, yhdistettynä Faradayn suojauksella, reunilla ja esteillä; tyhjiön impregnaatio/tynnyriteknologian käyttö suositeltava tarvittaessa.

• Korkean virran ja matalan kuparin hävikin priorisoiminen: Käytä Litz-säietä tai kuparipaperia sekundäärille; käytä väliaikaisesti tai sammalmoottori asetteluun sisäisesti minimoidaksesi vuotoinduktanssin ja Rac:n; vahvista ulkoisen suojauksen ja eristyksen.

• Yhdistämisen ja ylläpidon priorisoiminen: Ota käyttöön modulaarisia sekundääripyyhkepaketteja sarjaksi/paralleliyhteyksillä helpottamaan jännitteen tasapainottamista, testausta ja virhetapahtumien eristämistä; valitse jännitteen kertalomuuntaja (≤2 vaihetta) tai sarjan/parallelin yhdistelmä suodattimen puolella riippuen tehosta ja tilapäisestä kuormanmuodostuksesta.