Struktur Lilitan Inovatif & Umum untuk Trafo Frekuensi Tinggi Tegangan Tinggi 10kV

1.Struktur Penempelan Inovatif untuk Trafo Frekuensi Tinggi Kelas 10 kV

1.1 Struktur Berzona dan Dipotong Sebagian dengan Ventilasi

• Dua inti ferit berbentuk U dipasangkan untuk membentuk unit inti magnetik, atau lebih lanjut dirakit menjadi modul inti seri/seri-paralel. Bobin primer dan sekunder dipasang pada kaki lurus kiri dan kanan inti, masing-masing, dengan bidang pertemuan inti sebagai lapisan batas. Penempelan jenis yang sama dikelompokkan di sisi yang sama. Kabel Litz disukai sebagai bahan penempelan untuk mengurangi kerugian frekuensi tinggi.

• Hanya penempelan tegangan tinggi (atau primer) yang sepenuhnya dipotong dengan resin epoksi. Lembar PTFE dimasukkan antara primer dan inti/sekunder untuk memastikan isolasi yang andal. Permukaan sekunder dibungkus dengan kertas atau pita isolasi.

• Dengan mempertahankan saluran ventilasi (celah antara penempelan dan antara penempelan sekunder pada kaki kiri dan kanan) dan celah antara inti magnetik, desain ini secara signifikan meningkatkan pembuangan panas sambil mengurangi berat dan biaya, sembari tetap mempertahankan kekuatan dielektrik—membuatnya cocok untuk aplikasi isolasi ≥10 kV.

1.2 Desain Modular dan Perisai Medan Listrik Kabel Litz Ter-grounding

• Modul penempelan tegangan tinggi dan rendah dipotong secara terpisah dan kemudian dirakit ke unit inti. Celah udara dipertahankan antara modul untuk memfasilitasi perakitan dan pendinginan, dan modul yang rusak dapat diganti secara individual selama kerusakan, meningkatkan keterpeliharaan.

• Lapisan perisai medan listrik berbasis kabel Litz yang ter-grounding diperkenalkan di kedua sisi dalam dan luar penempelan tegangan tinggi. Ini mengurung medan listrik frekuensi tinggi utamanya dalam wilayah potongan resin epoksi dengan kekuatan dielektrik tinggi, secara signifikan mengurangi risiko discharge parsial (PD) tanpa memerlukan jarak penempelan berlebihan hanya untuk menekan medan listrik.

• Lapisan perisai kabel Litz dapat dibiarkan terbuka dengan grounding satu titik, mencapai pemodelan medan listrik sambil menghindari kerugian arus eddy yang signifikan. Saluran ventilasi dipertahankan antara penempelan dan inti, memungkinkan pendinginan semi-ventilasi dan miniaturisasi secara bersamaan.

1.3 Penempelan Segmentasi dan Pemodelan Medan Listrik

• Selongsong koaksial dan tulang segmentasi ditambahkan ke bobin isolasi, memungkinkan penempelan primer dan sekunder untuk diselingi dalam "kelompok segmen." Ini sangat mengurangi gradien tegangan antar lapisan dan kapasitansi parasit setara, menekan EMI konduktif dan meningkatkan keseimbangan distribusi tegangan.

• Jumlah segmen n dan jumlah lapisan ditentukan melalui rumus analitis atau empiris (misalnya, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, di mana k₁ adalah nilai minimum di antara rasio kapasitansi self primer/sekunder dan kapasitansi mutual), mencapai trade-off optimal antara volume, induktansi bocor, dan kapasitansi parasit—ideal untuk operasi daya tinggi, tegangan tinggi, frekuensi tinggi.

1.4 Penempelan Komposit dan Pendinginan Air Terintegrasi

• Inti dibagi menjadi dua zona penempelan. Pendekatan penempelan komposit digunakan: penempelan komposit pertama (misalnya, primer) dipilin dari lapisan dalam ke luar dengan ujung yang disimpan; kemudian, di zona kedua, penempelan komposit kedua (misalnya, sekunder) dipilin sebaliknya menggunakan ujung yang disimpan. Ini memperluas celah antar lapisan dan mengurangi muatan sisa, meningkatkan keandalan dan umur pakai tegangan tinggi.

• Slot lega dimesin pada dinding inti luar untuk mengintegrasikan saluran pendinginan air non-kontak, meningkatkan kinerja termal tanpa risiko kerusakan mekanis selama perakitan. Isolasi komposit menggunakan laminat PI/PTFE yang disusun dalam konfigurasi bertingkat untuk memastikan jarak merayap yang cukup dan pengisian potting berkualitas tinggi.

1.5 Teknik Penempelan Baru dan Jalur Kontrol Kerugian

Teknologi penempelan PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) diperkenalkan: melalui topologi dan tata letak penempelan yang dioptimalkan, efek kulit dan kedekatan—andai kata kerugian frekuensi tinggi—ditekan secara signifikan. Ini mencapai efisiensi kopi >99,5% dalam kasus yang dilaporkan, bersama dengan kapabilitas isolasi 10 kV, induktansi bocor yang dapat dikendalikan, dan kapasitansi terdistribusi rendah—membuatnya cocok untuk aplikasi tegangan tinggi frekuensi tinggi kustom 30–400 kW, 4–50 kHz.

2. Struktur Penempelan Umum untuk Trafo Frekuensi Tinggi Kelas 10 kV

2.1 Konfigurasi Penempelan Dasar dan Skenario Aplikasi

• Silinder multi-lapis: Proses manufaktur yang matang; mudah untuk memasukkan isolasi antar lapisan dan saluran pendinginan; cocok untuk penempelan tegangan menengah hingga tinggi berkelanjutan.

• Berkelompok multi-segment: Beberapa segmen aksial dipisahkan oleh cincin kertas isolasi; secara efektif mengurangi gradien tegangan antar lapisan dan konsentrasi medan; umumnya digunakan dalam penempelan HV untuk mengurangi discharge parsial.

• Berkesinambungan (tipe cakram): Terdiri dari beberapa bagian cakram yang ditumpuk secara aksial; menawarkan kekuatan mekanis dan kinerja termal yang baik; cocok untuk aplikasi daya/kapasitas tegangan tinggi.

• Dua cakram: Dua cakram per kelompok, dihubungkan secara seri/paralel; ideal untuk penempelan HV arus tinggi atau tujuan khusus.

• Helikal: Heliks tunggal/dobel/empat; struktur sederhana; cocok untuk penempelan LV arus tinggi atau penempelan tap-changing saat beban; terbatas dalam jumlah putaran.

• Foil aluminium silindris: Satu putaran per lapisan menggunakan foil aluminium; pemanfaatan ruang yang tinggi dan ramah otomatisasi; cocok untuk pembungkus HV kecil hingga menengah.

Ini adalah struktur pembungkus HV standar dalam transformator daya dan sering disesuaikan atau ditingkatkan untuk transformator frekuensi tinggi kelas 10 kV untuk meningkatkan isolasi dan kinerja termal.

2.2 Tata Letak dan Proses Pembungkus Standar untuk Aplikasi Tegangan Tinggi Frekuensi Tinggi

• Susunan silinder (bertingkat) konseks: Pembungkus HV di dalam, LV di luar (atau sebaliknya); desain bertingkat dengan isolasi antar lapisan untuk mendistribusikan perbedaan potensial tinggi; tata letak segmen mungkin digunakan untuk mengoptimalkan distribusi medan listrik dan kinerja PD.

• Penggunaan segmen dan interlacing: Pembungkus HV dibagi menjadi beberapa koil dan disusun secara berurutan/segmen untuk mengurangi gradien tegangan antar lapisan dan kapasitansi parasit, menekan EMI yang dikonduksi, dan meningkatkan keuniforman tegangan.

• Perisai Faraday dan elektrostatik: Foil tembaga atau lapisan konduktif ditempatkan antara primer/sekunder atau di sekitar pembungkus, di-ground pada satu titik, untuk mengurangi kapasitansi mode umum dan noise koneksi; perisai harus sesuai dengan lebar pembungkus dan menghindari tepi tajam yang dapat merobek isolasi.

• Optimasi konduktor dan densitas arus: Kabel Litz, konduktor berstranded, atau foil tembaga dipilih untuk sekunder HV/arus tinggi untuk menekan efek kulit/proksimal, mengurangi resistansi AC (Rac) dan kerugian tembaga; densitas arus (J) dan kenaikan suhu dikontrol dalam batas jendela dan regulasi keselamatan.

• Desain isolasi dan creepage: Penggunaan penghalang, margin ujung, terminal berlengan, dan isolasi gabungan antar lapisan/antarpembungkus; jarak creepage dan clearance dirancang sesuai derajat polusi dan kelas tegangan; impregnasi/potting vakum mungkin diterapkan untuk meningkatkan kekuatan dielektrik dan konduktivitas termal.

Pertimbangan tata letak dan proses ini erat kaitannya dengan keseimbangan tingkat isolasi, parameter parasit, dan penilaian daya—kunci untuk mencapai isolasi 10 kV yang andal dalam praktik teknik.

2.3 Metode Implementasi untuk Output Sekunder Tegangan Tinggi (Berkaitan Erat dengan Struktur Pembungkus)

• Rektifikasi pengganda tegangan: Rektifikasi penggandaan tegangan multi tahap di sisi rektifier secara signifikan mengurangi stres tegangan dan kapasitansi parasit per tahap pembungkus, memudahkan desain isolasi. Namun, hal ini sensitif terhadap transien beban/pendek sirkuit dan rentan terhadap arus lonjakan. Dalam praktek, biasanya tidak lebih dari dua tahap digunakan, memerlukan strategi pembatasan arus dan perlindungan.

• Kombinasi seri/paralel: Sekunder dibagi menjadi beberapa paket koil, yang dihubungkan secara seri/paralel secara internal atau pasca-rektifikasi untuk mencapai tegangan/daya yang diinginkan. Semua paket berbagi sirkuit magnetik yang sama, memfasilitasi desain modular dan keseimbangan tegangan—ideal untuk output daya tinggi.

Kedua metode ini memerlukan desain terintegrasi dengan segmentasi pembungkus, perisai, dan jendela isolasi untuk menyeimbangkan stres tegangan, efisiensi, EMI, dan kinerja termal.

2.4 Pedoman Pemilihan Struktur (Referensi Teknik Cepat)

• Memprioritaskan keuniforman medan listrik dan kontrol PD: Pilih pembungkus HV bertingkat atau kontinu (tipe disk), digabungkan dengan perisai Faraday, margin ujung, dan penghalang; impregnasi/potting vakum direkomendasikan jika diperlukan.

• Memprioritaskan arus tinggi dan kerugian tembaga rendah: Gunakan kabel Litz atau foil tembaga untuk sekunder; gunakan pembungkus berselang-seling atau sandwich secara internal untuk meminimalkan induktansi bocor dan Rac; perkuat perisai luar dan isolasi.

• Memprioritaskan perakitan dan kemudahan pemeliharaan: Adopsi paket koil sekunder modular dengan koneksi seri/paralel untuk keseimbangan tegangan, pengujian, dan isolasi kesalahan yang mudah; pilih rektifikasi pengganda tegangan (≤2 tahap) atau kombinasi seri/paralel di sisi rektifier berdasarkan persyaratan daya dan transien.