Innovatieve & Algemene Windingstructuren voor 10kV Hoogspannings Hoge Frequentie Transformatoren
1.Innovatieve windingstructuur voor 10 kV-klasse hogespanningshoge-frequentietransformatoren
1.1 Gezonde en gedeeltelijk gegoten ventilatiestructuur
Twee U-vormige ferrietkernen worden gekoppeld om een magnetische kern-eenheid te vormen, of verder samengesteld tot serie/serie-parallel kernmodules. Primair en secundair spoelklossen worden gemonteerd op de linker en rechter rechte poten van de kern, met het koppelvlak van de kern als grenslaag. Windingen van hetzelfde type worden gegroepeerd aan dezelfde kant. Litz-draad wordt voorgekeurd als windingsmateriaal om hoge-frequentieverliezen te verminderen.
Alleen de hoogspanningswinding (of primaire) wordt volledig gegoten met epoxyhars. Een PTFE-vel wordt tussen de primaire en de kern/secundaire ingevoegd om betrouwbare isolatie te garanderen. De secundaire oppervlakte wordt gewikkeld met isolatiepapier of -band.
Door ventilatiekanalen (gaten tussen windingen en tussen secundaire windingen op de linker en rechter poten) en gaten tussen magnetische kernen te behouden, verbetert dit ontwerp aanzienlijk de warmteafvoer terwijl het gewicht en de kosten worden verlaagd, waarbij de dielektrische sterkte wordt behouden—waardoor het geschikt is voor ≥10 kV-isolatieapplicaties.
1.2 Modulaire ontwerpen en geaarde Litz-draad elektrisch veldschild
Hoogspannings- en laagspanningswindingsmodules worden afzonderlijk gegoten en vervolgens gemonteerd op de kern-eenheid. Luchtgaten worden onderhouden tussen modules om assemblage en koeling te vergemakkelijken, en beschadigde modules kunnen individueel worden vervangen bij storingen, waardoor de onderhoudbaarheid wordt verbeterd.
Geaarde Litz-draad gebaseerde elektrische veldschildlagen worden toegevoegd aan zowel de binnen- als buitenkant van de hoogspanningswinding. Dit beperkt het hoge-frequentie elektrisch veld voornamelijk tot de hoog-dielektrische-sterkte epoxy-gegoten regio, waardoor het risico op partiële ontlading (PD) aanzienlijk wordt verminderd zonder dat er extreme windingafstanden nodig zijn voor elektrisch veldsuppressie.
De Litz-draad schildlaag kan open-circuit worden gelaten met single-point grounding, waardoor elektrisch veldvorming wordt bereikt zonder aanzienlijke stroomkringverliezen. Ventilatiekanalen worden behouden tussen windingen en de kern, wat semi-ventileerde koeling en miniaturisering tegelijkertijd mogelijk maakt.
1.3 Gesegmenteerde winding en elektrisch veldvorming
Coaxiale sleeves en segmentatieribben worden toegevoegd aan de isolerende spoel, waardoor primaire en secundaire windingen in "segmentgroepen" kunnen worden afgewisseld. Dit vermindert aanzienlijk de interlaagspanningsgradiënten en equivalent parasitaire capaciteit, geleide EMI wordt onderdrukt en de spanningverdeling uniformiteit wordt verbeterd.
Het aantal segmenten n en lagenaantal worden bepaald via analytische of empirische formules (bijvoorbeeld, n = −15,38·lg k₁ − 18,77, waarbij k₁ de minimale waarde is onder primaire/secundaire zelfcapaciteit en wederzijdse capaciteitsverhoudingen), waardoor een optimale balans wordt bereikt tussen volume, lekkage-inductie en parasitaire capaciteit—ideaal voor hoge vermogen, hoge spanning, hoge frequentie bedrijf.
1.4 Samengestelde windingen en geïntegreerde waterkoeling
De kern wordt verdeeld in twee windingzones. Een samengestelde windingbenadering wordt gebruikt: de eerste samengestelde winding (bijvoorbeeld, primaire) wordt van binnen naar buiten lagen gewonden met reserveringsleidingen; vervolgens, in de tweede zone, wordt de tweede samengestelde winding (bijvoorbeeld, secundaire) in omgekeerde richting gewonden met de reserveringsleidingen. Dit vergroot interlaaggaten en vermindert restcharge, waardoor de betrouwbaarheid en levensduur van hoge spanningen worden verhoogd.
Opluchtingsgleuven worden op de buitenste kernwand gefreesd om niet-contact waterkoelingskanalen te integreren, waardoor de thermische prestaties worden verbeterd zonder mechanische schade tijdens de assemblage te riskeren. Samengestelde isolatie maakt gebruik van PI/PTFE laminaten in een gestapeld patroon gerangschikt om voldoende kruipafstand en hoge-kwaliteit gieten te garanderen.
1.5 Nieuwe windingtechnieken en verliescontrolepaden
PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) windingtechnologie wordt geïntroduceerd: door geoptimaliseerde windingtopologie en -indeling worden huid- en nabijheids effecten—en dus hoge-frequentieverliezen—aanzienlijk onderdrukt. Dit bereikt een koppelingsrendement >99,5% in gerapporteerde gevallen, samen met 10 kV-isolatiecapaciteit, controleerbare lekkage-inductie en lage verdeelde capaciteit—waardoor het geschikt is voor aangepaste 30–400 kW, 4–50 kHz hoge-spanning hoge-frequentie applicaties.
2. Algemene windingstructuren voor 10 kV-klasse hogespanningshoge-frequentietransformatoren
2.1 Basis windingconfiguraties en toepassingsscenario's
Meerlagen cilindrisch: Volwassen productieproces; gemakkelijk om interlaagisolatie en koelkanalen in te voegen; geschikt voor middel- tot hoogspanningscontinue windingen.
Meersegmenten gelagen: Meerdere axiale segmenten gescheiden door isolatiepapieren ringen; vermindert effectief de interlaagspanningsgradiënt en veldconcentratie; vaak gebruikt in HV-windingen om partiële ontlading te verminderen.
Continue (schijf-type): Bestaat uit meerdere schijfsecties gestapeld in axiale richting; biedt goede mechanische sterkte en thermische prestaties; geschikt voor hoge-capaciteit/hogere-spanningsapplicaties.
Dubbele schijf: Twee schijven per groep, in serie/parallel verbonden; ideaal voor hoge-stroom of speciale doeleinden HV-windingen.
Helicaal: Enkel/dubbel/viermaal helix; eenvoudige structuur; geschikt voor hoge-stroom LV-windingen of belastingstapveranderbare windingen; beperkt in het aantal windingen.
Aluminiumfolie cilindrisch: één winding per laag met aluminiumfolie; hoge ruimte-efficiëntie en geschikt voor automatisering; geschikt voor kleine tot middelgrote HV-wikkelingen.
Dit zijn standaard HV-wikkelconstructies in stroomtransformators en worden vaak aangepast of verbeterd voor 10 kV-klasse hogespannings-hoogfrequentietransformators om de isolatie en thermische prestaties te verbeteren.
2.2 Typische wikkelopstellingen en -processen voor hogespannings-hoogfrequente toepassingen
Concentrische cilindrische (gelagde) opstelling: HV-wikkeling binnenin, LV buiten (of vice versa); meerdere lagen met tussenlaagsisolatie om hoge potentiaalverschillen te verdelen; gesegmenteerde opstelling kan worden gebruikt om de elektrische veldverdeling en PD-prestaties te optimaliseren.
Segmentatie en doorweven: HV-wikkeling verdeeld in meerdere spoelen en gestapeld/gesegmenteerd gerangschikt om het spanningsgradient en parasitaire capaciteit tussen lagen te verminderen, geleide EMI te onderdrukken en de spanningsefficiëntie te verbeteren.
Faraday- en elektrostatische scherming: koperfolie of geleidende lagen geplaatst tussen primaire/secundaire wikkelingen of eromheen, aangesloten op een enkel punt, om gemeenschappelijke moduscapaciteit en koppelingstoren te verminderen; scherming moet overeenkomen met de breedte van de wikkeling en scherpe randen die de isolatie kunnen doorboren moeten worden vermeden.
Optimalisatie van geleider en stroomdichtheid: Litz-draad, gevlochten geleiders of koperfolie worden voorgekeurd voor HV/hoge-stroom secundaires om huid- en nabijheidseffecten te onderdrukken, AC-weerstand (Rac) en koperverlies te verminderen; stroomdichtheid (J) en temperatuurstijging worden binnen de venster- en veiligheidsregelgevingslimieten gehouden.
Isolatie en sluipafstandontwerp: gebruik van barrières, eindmarges, gemoffelde aansluitingen en gecombineerde tussenlaags/tussenwikkeling-isolatie; sluipafstand en vrijstand worden ontworpen volgens vervuilinggraad en spanningklasse; vacuümimpregnering/potten kan worden toegepast om de diëlektrische sterkte en thermische geleidbaarheid te verhogen.
Deze opstellingen en procesoverwegingen zijn nauw verbonden met het balanceren van isolatieniveau, parasitaire parameters en vermogensclassificatie—sleutelfactoren voor betrouwbare 10 kV-isolatie in de praktijk.
2.3 Implementatiemethoden voor hogespanningssecundaire uitgang (sterk afhankelijk van wikkelstructuur)
Spanningsvermenigvuldiger rectificatie: meervoudige spanningsverdubbeling aan de rectifierzijde vermindert aanzienlijk de spanningsspanning en parasitaire capaciteit per wikkelingsstaat, waardoor het isolatieontwerp wordt vereenvoudigd. Het is echter gevoelig voor belastingtransiënten/kortsluitingen en geneigd tot stroompieken. In de praktijk worden doorgaans niet meer dan twee stadia gebruikt, wat stroombeperkings- en beschermingsstrategieën vereist.
Series/parallel combinatie: de secundaire wordt opgesplitst in meerdere spoelpakketten, die intern of na rectificatie in serie/parallel worden verbonden om de gewenste spanning/vermogen te bereiken. Alle pakketten delen dezelfde magnetische circuit, wat modulaire ontwerpen en spanningsevenwicht faciliteert—ideaal voor hoog vermogen.
Beide methoden vereisen een geïntegreerd ontwerp met wikkelsegmentatie, scherming en isolatievensters om spanningsspanning, efficiëntie, EMI en thermische prestaties te balanceren.
2.4 Richtlijnen voor structuurselectie (snelle technische referentie)
Elektrisch velduniformiteit en PD-controle prioriteren: voorkeur voor gesegmenteerde of continue (schijf-type) HV-wikkelingen, gecombineerd met Faraday-scherming, eindmarges en barrières; vacuümimpregnering/potten aanbevolen indien nodig.
Hoog stroom en laag koperverlies prioriteren: gebruik van Litz-draad of koperfolie voor secundaire; gebruik van doorweven of sandwichwikkeling intern om lek-inductie en Rac te minimaliseren; versterking van externe scherming en isolatie.
Assemblage en onderhoud prioriteren: adopteer modulaire secundaire spoelpakketten met series/parallelverbindingen voor eenvoudig spanningsevenwicht, testen en foutisolatie; kies spanningsvermenigvuldiger rectificatie (≤2 stadia) of series/parallel combinatie aan de rectifierzijde op basis van vermogen en transiëntvereisten.
