Inobyatibong & Karaniwang Estraktura ng Pagkakayari para sa 10kV High-Voltage High-Frequency Transformers
1.Mga Inobatibong Struktura ng Pagkakayari para sa mga High-Voltage na High-Frequency na Transformer na 10 kV-Class
1.1 Zoned at Partially Potted Ventilated Structure
Dalawang U-shaped na ferrite cores ay pinagsama upang mabuo ang isang magnetic core unit, o mas lalo pa ay inassemblihan upang maging series/series-parallel na core modules. Ang primary at secondary bobbins ay nakalagay sa kaliwa at kanan na straight legs ng core, nang may core mating plane na nagsisilbing boundary layer. Ang mga pagkakayari ng parehong uri ay pinagsamantalahan sa iisang panig. Ang Litz wire ay pinapaboran bilang materyales para sa pagkakayari upang mabawasan ang high-frequency losses.
Ang high-voltage winding (o primary) lamang ang ganap na potted na may epoxy resin. Isinasama ang isang PTFE sheet sa pagitan ng primary at core/secondary upang tiyakin ang reliable insulation. Ang ibabaw ng secondary ay nilalapit ng insulating paper o tape.
Sa pamamagitan ng pagpanatili ng ventilation channels (na gaps sa pagitan ng mga pagkakayari at sa pagitan ng secondary windings sa kaliwa at kanan na legs) at gaps sa pagitan ng mga magnetic cores, ang disenyo na ito ay lubhang nagpapabuti ng heat dissipation habang binabawasan ang timbang at gastos, habang pinapanatili ang dielectric strength—ginagawa ito na angkop para sa ≥10 kV isolation applications.
1.2 Modular Design at Grounded Litz Wire Electric Field Shielding
Ang high-voltage at low-voltage winding modules ay hiwalay na potted at pagkatapos ay inassemblihan sa core unit. Ang air gaps ay pinanatili sa pagitan ng mga module upang mapadali ang pag-assemble at cooling, at ang mga nasirang module ay maaaring individual na palitan sa panahon ng mga fault, nagpapabuti ng maintainability.
Ang grounded Litz wire-based na electric field shielding layers ay ipinakilala sa parehong inner at outer sides ng high-voltage winding. Ito ay nakokontrol ang high-frequency na electric field sa pangunahing bahagi ng high-dielectric-strength na epoxy-potted region, lubhang nagsisira ng partial discharge (PD) risk nang hindi kailangan ng excessive winding spacing para lang sa electric field suppression.
Ang Litz wire shielding layer ay maaaring iwan open-circuited na may single-point grounding, nag-aabot ng electric field shaping habang iniiwasan ang significant eddy current losses. Ang ventilation channels ay pinanatili sa pagitan ng mga pagkakayari at core, nagbibigay ng semi-ventilated cooling at miniaturization ng sabay-sabay.
1.3 Segmented Winding at Electric Field Shaping
Idinagdag ang coaxial sleeves at segmentation ribs sa insulating bobbin, nagbibigay-daan para sa primary at secondary windings na mag-interleave sa “segment groups.” Ito ay lubhang nagsisira ng inter-layer voltage gradients at equivalent parasitic capacitance, nagpapabuti ng voltage distribution uniformity at nagpapababa ng conducted EMI.
Ang bilang ng segments n at layer count ay natukoy sa pamamagitan ng analytical o empirical formulas (halimbawa, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, kung saan ang k₁ ay ang minimum value sa pagitan ng primary/secondary self-capacitance at mutual capacitance ratios), nagpapabuti ng optimal trade-off sa pagitan ng volume, leakage inductance, at parasitic capacitance—ideal para sa high-power, high-voltage, high-frequency operation.
1.4 Composite Windings at Integrated Water Cooling
Ang core ay hinati sa dalawang winding zones. Ginamit ang composite winding approach: ang unang composite winding (halimbawa, primary) ay nakakayari mula inner hanggang outer layers na may leads na reserved; pagkatapos, sa ikalawang zone, ang pangalawang composite winding (halimbawa, secondary) ay nakakayari sa reverse gamit ang reserved leads. Ito ay lumalago ang inter-layer gaps at nagbabawas ng residual charge, nagpapabuti ng high-voltage reliability at lifespan.
Ang relief slots ay ginawa sa outer core wall upang integrihin ang non-contact water-cooling channels, nagpapabuti ng thermal performance nang walang panganib ng mechanical damage sa panahon ng pag-assemble. Ang composite insulation ay gumagamit ng PI/PTFE laminates na inayos sa stepped configuration upang matiyak ang sapat na creepage distance at high-quality potting fill.
1.5 Bagong Teknikal sa Pagkakayari at Loss Control Pathways
Ang PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) winding technology ay ipinakilala: sa pamamagitan ng optimized winding topology at layout, ang skin at proximity effects—and thus high-frequency losses—are significantly suppressed. Ito ay nagpapabuti ng coupling efficiency >99.5% sa reported cases, kasama ang 10 kV isolation capability, controllable leakage inductance, at low distributed capacitance—ginagawa ito na angkop para sa customized 30–400 kW, 4–50 kHz high-voltage high-frequency applications.
2. Common Winding Structures para sa 10 kV-Class High-Voltage High-Frequency Transformers
2.1 Basic Winding Configurations at Application Scenarios
Multi-layer cylindrical: Mature manufacturing process; madali ang paglagay ng inter-layer insulation at cooling channels; angkop para sa medium-to-high voltage continuous windings.
Multi-segment layered: Maraming axial segments na nahahati ng insulating paper rings; epektibong nagsisira ng inter-layer voltage gradient at field concentration; karaniwang ginagamit sa HV windings upang mabawasan ang partial discharge.
Continuous (disc-type): Binubuo ng maraming disc sections na stacked axially; nagbibigay ng mahusay na mechanical strength at thermal performance; angkop para sa high-capacity/higher-voltage applications.
Double-disc: Dalawang discs per group, konektado sa series/parallel; ideal para sa high-current o special-purpose HV windings.
Helical: Single/double/quadruple helix; simple structure; angkop para sa high-current LV windings o on-load tap-changing windings; may limitasyon sa turn count.
Aluminum foil cylindrical: Isa-isang pabalik-balik bawat layer gamit ang aluminum foil; mataas na paggamit ng espasyo at maaaring ma-automate; angkop para sa maliliit hanggang sa may katamtamang HV windings.
Ang mga ito ay standard na HV winding structures sa power transformers at kadalasang ina-adapt o ina-improve para sa 10 kV-class high-voltage high-frequency transformers upang mapabuti ang insulation at thermal performance.
2.2 Typical Winding Layouts and Processes for High-Voltage High-Frequency Applications
Concentric cylindrical (layered) arrangement: HV winding sa loob, LV sa labas (o vice versa); multi-layer design na may inter-layer insulation upang mag-distribute ng mataas na potential differences; ang segmented layout ay maaaring gamitin upang i-optimize ang electric field distribution at PD performance.
Segmentation and interleaving: Ang HV winding ay nahahati sa maraming coils at inaarange sa staggered/segmented fashion upang mabawasan ang inter-layer voltage gradient at parasitic capacitance, suppresin ang conducted EMI, at mapabuti ang voltage uniformity.
Faraday and electrostatic shielding: Ang copper foil o conductive layers ay inilalagay sa pagitan ng primary/secondary o paligid ng windings, grounded sa isang punto, upang mabawasan ang common-mode capacitance at coupling noise; ang shielding ay dapat tumutugon sa lapad ng winding at iwasan ang malalim na edges na maaaring makasira sa insulation.
Conductor and current density optimization: Ang Litz wire, stranded conductors, o copper foil ay pinapaboran para sa HV/high-current secondaries upang suppresin ang skin/proximity effects, mabawasan ang AC resistance (Rac) at copper loss; ang current density (J) at temperature rise ay kontrolado sa loob ng window at safety regulation limits.
Insulation and creepage design: Ang paggamit ng barriers, end margins, sleeved terminals, at combined inter-layer/inter-winding insulation; ang creepage distance at clearance ay disenyo ayon sa pollution degree at voltage class; ang vacuum impregnation/potting ay maaaring ipagtibay upang mapabuti ang dielectric strength at thermal conductivity.
Ang mga layout at process considerations na ito ay malapit na nakakabit sa balanse ng insulation level, parasitic parameters, at power rating—key sa pagkamit ng reliable 10 kV isolation sa engineering practice.
2.3 Implementation Methods for High-Voltage Secondary Output (Strongly Dependent on Winding Structure)
Voltage multiplier rectification: Multi-stage voltage doubling sa rectifier side nang malaking mabawasan ang voltage stress at parasitic capacitance per winding stage, mababawasan ang insulation design. Gayunpaman, ito ay sensitibo sa load transients/short circuits at prone sa surge currents. Sa praktikal, hindi hihigit sa dalawang stages ang karaniwang ginagamit, na nangangailangan ng current-limiting at protection strategies.
Series/parallel combination: Ang secondary ay nahahati sa maraming coil packs, na internally o post-rectifier connected sa series/parallel upang makamit ang desired voltage/power. Lahat ng packs ay nagbabahagi ng parehong magnetic circuit, na nagpapadali sa modular design at voltage balancing—ideal para sa high-power output.
Ang parehong methods ay nangangailangan ng integrated design kasama ang winding segmentation, shielding, at insulation windows upang balansehin ang voltage stress, efficiency, EMI, at thermal performance.
2.4 Structural Selection Guidelines (Quick Engineering Reference)
Prioritizing electric field uniformity and PD control: Paboran ang segmented o continuous (disc-type) HV windings, combined with Faraday shielding, end margins, at barriers; recommended ang vacuum impregnation/potting kapag kinakailangan.
Prioritizing high current and low copper loss: Gamitin ang Litz wire o copper foil para sa secondary; ilapat ang interleaved o sandwich winding internally upang mabawasan ang leakage inductance at Rac; palakasin ang outer shielding at insulation.
Prioritizing assembly and maintainability: Adopt modular secondary coil packs na may series/parallel connections para sa madaling voltage balancing, testing, at fault isolation; pumili ng voltage multiplier rectification (≤2 stages) o series/parallel combination sa rectifier side batay sa power at transient requirements.
