Struktur Pembungkusan Inovatif & Biasa untuk Transformator Frekuensi Tinggi Tegangan Tinggi 10kV

1.Struktur Pembungkusan Inovatif untuk Transformator Frekuensi Tinggi Kelas 10 kV

1.1 Struktur Berzona dan Dipotong Sebahagian dengan Ventilasi

• Dua teras ferit berbentuk U dipasangkan untuk membentuk unit teras magnetik, atau lebih lanjut dirakit menjadi modul teras siri/seri-selari. Bobin primer dan sekunder dipasang pada kaki lurus kiri dan kanan teras masing-masing, dengan satah penyatuan teras bertindak sebagai lapisan sempadan. Pembungkusan jenis yang sama dikelompokkan di sisi yang sama. Dianjurkan untuk menggunakan wayar Litz sebagai bahan pembungkusan untuk mengurangkan kerugian frekuensi tinggi.

• Hanya pembungkusan tegangan tinggi (atau primer) yang sepenuhnya dipotong dengan resin epoksi. Lembaran PTFE dimasukkan antara primer dan teras/sekon untuk memastikan isolasi yang dapat dipercayai. Permukaan sekunder dibalut dengan kertas atau pita isolasi.

• Dengan mengekalkan saluran ventilasi (ruang antara pembungkusan dan antara pembungkusan sekunder pada kaki kiri dan kanan) dan ruang antara teras magnet, reka bentuk ini meningkatkan penyejukan secara signifikan sambil mengurangkan berat dan kos, semuanya sambil mengekalkan kekuatan dielektrik—membuatnya sesuai untuk aplikasi isolasi ≥10 kV.

1.2 Reka Bentuk Modul dan Perisai Medan Elektrik Wayar Litz Bertanah

• Modul pembungkusan tegangan tinggi dan rendah dipotong secara berasingan dan kemudian dirakit ke unit teras. Ruang udara dipertahankan antara modul untuk memudahkan perakitan dan penyejukan, dan modul yang rosak boleh digantikan secara individu semasa ralat, meningkatkan keterawatan.

• Lapisan perisai medan elektrik berdasarkan wayar Litz bertanah diperkenalkan di kedua-dua sisi dalam dan luar pembungkusan tegangan tinggi. Ini mengurung medan elektrik frekuensi tinggi utamanya dalam kawasan potongan epoxy berkekuatan dielektrik tinggi, mengurangkan risiko pelepasan separa (PD) secara signifikan tanpa memerlukan jarak pembungkusan berlebihan hanya untuk pengendalian medan elektrik.

• Lapisan perisai wayar Litz boleh dibiarkan terbuka dengan penggabungan titik tunggal, mencapai pemodelan medan elektrik sambil mengelakkan kerugian eddi arus yang signifikan. Saluran ventilasi dipertahankan antara pembungkusan dan teras, membolehkan penyejukan separuh ventilasi dan miniaturisasi serentak.

1.3 Pembungkusan Bersengkel dan Pemodelan Medan Elektrik

• Selongsong koaksial dan tulang belakang segmentasi ditambah ke bobin isolasi, membolehkan pembungkusan primer dan sekunder disusun berselerakan dalam "kumpulan segmen." Ini mengurangkan secara drastik gradien voltan antara lapisan dan kapasitansi parasit setara, menekan EMI yang dijalankan dan meningkatkan keseragaman pembahagian voltan.

• Jumlah segmen n dan jumlah lapisan ditentukan melalui formula analitik atau empirikal (misalnya, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, di mana k₁ adalah nilai minimum antara nisbah kapasitansi sendiri primer/sekon dan kapasitansi bersama), mencapai keseimbangan optimum antara isipadu, induktansi kebocoran, dan kapasitansi parasit—ideal untuk operasi daya tinggi, tegangan tinggi, dan frekuensi tinggi.

1.4 Pembungkusan Komposit dan Penyejukan Air Terpadu

• Teras dibahagikan kepada dua zon pembungkusan. Pendekatan pembungkusan komposit digunakan: pembungkusan komposit pertama (misalnya, primer) dipungkus dari lapisan dalam hingga luar dengan ujung yang disimpan; kemudian, di zon kedua, pembungkusan komposit kedua (misalnya, sekunder) dipungkus secara songsang menggunakan ujung yang disimpan. Ini memperluas jurang antara lapisan dan mengurangkan muatan sisa, meningkatkan kebolehpercayaan dan umur hidup tegangan tinggi.

• Slot lega dikerjakan pada dinding teras luar untuk mengintegrasikan saluran penyejukan air tanpa sentuhan, meningkatkan prestasi termal tanpa risiko kerosakan mekanikal semasa perakitan. Insulasi komposit menggunakan laminasi PI/PTFE yang disusun dalam konfigurasi bertingkat untuk memastikan jarak merayap yang mencukupi dan pengisian potongan berkualiti tinggi.

1.5 Teknik Pembungkusan Baru dan Jalur Kawalan Kerugian

Teknologi pembungkusan PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) diperkenalkan: melalui topologi dan susunan pembungkusan yang dioptimalkan, efek kulit dan keberdekatan—dan oleh itu kerugian frekuensi tinggi—ditekan secara signifikan. Ini mencapai kecekapan penghubungan >99.5% dalam kes yang dilaporkan, bersama dengan keupayaan isolasi 10 kV, induktansi kebocoran yang boleh dikawal, dan kapasitansi terdistribusi rendah—membuatnya sesuai untuk aplikasi tegangan tinggi frekuensi tinggi yang disesuaikan 30–400 kW, 4–50 kHz.

2. Struktur Pembungkusan Biasa untuk Transformator Frekuensi Tinggi Kelas 10 kV

2.1 Konfigurasi Pembungkusan Asas dan Skenario Aplikasi

• Silinder berlapis: Proses pembuatan yang matang; mudah untuk memasukkan insulasi antara lapisan dan saluran penyejukan; sesuai untuk pembungkusan berterusan tegangan sederhana hingga tinggi.

• Berlapis bersegmen: Beberapa segmen aksial dipisahkan oleh cincin kertas isolasi; secara efektif mengurangkan gradien voltan antara lapisan dan kepekatan medan; biasa digunakan dalam pembungkusan HV untuk mengurangkan pelepasan separa.

• Berterusan (jenis cakera): Terdiri daripada beberapa bahagian cakera yang ditumpuk secara aksial; menawarkan kekuatan mekanikal dan prestasi termal yang baik; sesuai untuk aplikasi daya tinggi/tegangan lebih tinggi.

• Dua cakera: Dua cakera per kumpulan, disambung secara siri/selari; ideal untuk pembungkusan HV arus tinggi atau tujuan khas.

• Heliks: Heliks tunggal/dual/kuadruple; struktur mudah; sesuai untuk pembungkusan LV arus tinggi atau pembungkusan ubah tekanan beban; terhad dalam jumlah putaran.

• Foil aluminium silinder: Satu putaran per lapisan menggunakan foil aluminium; penggunaan ruang yang tinggi dan mesin ramah; sesuai untuk pembungkusan HV kecil hingga sederhana.

Ini adalah struktur pembungkusan HV standard dalam transformer kuasa dan sering disesuaikan atau ditingkatkan untuk transformer tegangan tinggi frekuensi tinggi kelas 10 kV untuk meningkatkan insulasi dan prestasi termal.

2.2 Tata Letak dan Proses Pembungkusan Biasa untuk Aplikasi Tegangan Tinggi Frekuensi Tinggi

• Susunan silinder koncentrik (bertingkat): pembungkusan HV di dalam, LV di luar (atau sebaliknya); reka bentuk bertingkat dengan insulasi antara lapisan untuk mendistribusikan perbezaan potensial tinggi; tata letak bersegmen mungkin digunakan untuk mengoptimumkan pengedaran medan elektrik dan prestasi PD.

• Pengedaran dan penyelang-seli: pembungkusan HV dibahagikan kepada pelbagai kumparan dan disusun secara bertingkat/bersegmen untuk mengurangkan gradien voltan antara lapisan dan kapasitansi parasit, menekan EMI yang dikendalikan, dan meningkatkan keseragaman voltan.

• Pelindung Faraday dan elektrostatik: foil tembaga atau lapisan konduktif diletakkan antara primer/sekunder atau di sekitar pembungkusan, dipertingkat pada satu titik, untuk mengurangkan kapasitansi mod bersama dan bunyi penghubungan; pelindung harus sepadan dengan lebar pembungkusan dan mengelakkan tepi tajam yang boleh menusuk insulasi.

• Optimisasi konduktor dan ketumpatan arus: Litz wire, konduktor berantai, atau foil tembaga lebih disukai untuk sekunder HV/arus tinggi untuk menekan kesan kulit/proksimiti, mengurangkan rintangan AC (Rac) dan kerugian tembaga; ketumpatan arus (J) dan peningkatan suhu dikawal dalam had jendela dan peraturan keselamatan.

• Reka bentuk insulasi dan merayap: penggunaan penghalang, margin akhir, terminal bermanset, dan insulasi antara lapisan/antara pembungkusan; jarak merayap dan jarak aman direka berdasarkan tahap pencemaran dan kelas voltan; impregnasi vakum/potting mungkin diterapkan untuk meningkatkan kekuatan dielektrik dan kekonduksian haba.

Pertimbangan tata letak dan proses ini erat berkaitan dengan menyeimbangkan tahap insulasi, parameter parasit, dan penilaian kuasa—kunci untuk mencapai isolasi 10 kV yang dapat dipercayai dalam praktik kejuruteraan.

2.3 Kaedah Pelaksanaan untuk Output Sekunder Tegangan Tinggi (Sangat Bergantung pada Struktur Pembungkusan)

• Rectifikasi pembiakan voltan: pembiakan voltan multi-tahap pada sisi rectifier secara signifikan mengurangkan tekanan voltan dan kapasitansi parasit per tahap pembungkusan, memudahkan reka bentuk insulasi. Walau bagaimanapun, ia sensitif terhadap transien beban/sirkuit pendek dan cenderung kepada arus surgen. Dalam praktik, biasanya tidak lebih dari dua tahap digunakan, memerlukan strategi pembatasan arus dan perlindungan.

• Kombinasi siri/paralel: sekunder dibahagikan kepada pelbagai paket kumparan, yang disambungkan secara siri/paralel secara dalaman atau selepas rectifier untuk mencapai voltan/kuasa yang diinginkan. Semua paket berkongsi sirkuit magnet yang sama, memudahkan reka bentuk modular dan penyeimbangan voltan—ideal untuk output kuasa tinggi.

Kedua-dua kaedah memerlukan reka bentuk terpadu dengan segmen pembungkusan, pelindung, dan jendela insulasi untuk menyeimbangkan tekanan voltan, kecekapan, EMI, dan prestasi termal.

2.4 Panduan Pilihan Struktur (Rujukan Kejuruteraan Cepat)

• Mengeutamakan keuniforman medan elektrik dan kawalan PD: pilih pembungkusan HV bersegmen atau berterusan (jenis cakram), digabungkan dengan pelindung Faraday, margin akhir, dan penghalang; impregnasi vakum/potting disarankan apabila perlu.

• Mengeutamakan arus tinggi dan kerugian tembaga rendah: gunakan Litz wire atau foil tembaga untuk sekunder; gunakan pembungkusan saling seli atau sandwich secara dalaman untuk mengurangkan induktansi rembesan dan Rac; kuatkan pelindung luar dan insulasi.

• Mengeutamakan perakitan dan kemudahan penyelenggaraan: adopsi paket kumparan sekunder modular dengan sambungan siri/paralel untuk penyeimbangan voltan, ujian, dan isolasi kesalahan yang mudah; pilih rectifikasi pembiakan voltan (≤2 tahap) atau kombinasi siri/paralel di sisi rectifier berdasarkan keperluan kuasa dan transien.