โครงสร้างขดลวดที่นวัตกรรมและทั่วไปสำหรับหม้อแปลงความถี่สูงแรงดัน 10kV

1.โครงสร้างขดลวดที่นวัตกรรมสำหรับหม้อแปลงความถี่สูงระดับแรงดัน 10 kV

1.1 โครงสร้างการระบายอากาศแบบแบ่งโซนและหล่อครึ่งทาง

• แกนแม่เหล็กเฟอร์ไรต์รูปตัวยูสองชิ้นเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างหน่วยแกนแม่เหล็ก หรือประกอบเป็นโมดูลแกนแบบอนุกรม/อนุกรมขนาน กระบอกขดลวดหลักและรองติดตั้งบนขาตรงซ้ายและขวาของแกนตามลำดับ โดยมีระนาบการเชื่อมต่อแกนเป็นชั้นแบ่งเขต ขดลวดประเภทเดียวกันจะจัดกลุ่มอยู่ด้านเดียวกัน เลือกใช้สายลิตซ์เป็นวัสดุขดลวดเพื่อลดการสูญเสียความถี่สูง

• เฉพาะขดลวดแรงดันสูง (หรือขดลวดหลัก) ถูกหล่อเต็มด้วยเรซินอีพ็อกซี่ แผ่นเทฟลอนถูกแทรกระหว่างขดลวดหลักและแกน/ขดลวดรองเพื่อให้แน่ใจว่ามีฉนวนที่เชื่อถือได้ ผิวขดลวดรองหุ้มด้วยกระดาษหรือเทปฉนวน

• โดยการคงไว้ซึ่งช่องทางการระบายอากาศ (ช่องว่างระหว่างขดลวดและระหว่างขดลวดรองบนขาซ้ายและขวา) และช่องว่างระหว่างแกนแม่เหล็ก ออกแบบนี้ช่วยปรับปรุงการกระจายความร้อนอย่างมากในขณะที่ลดน้ำหนักและค่าใช้จ่าย พร้อมกับรักษาความแข็งแรงของฉนวน—ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานแยกความดัน ≥10 kV

1.2 การออกแบบโมดูลาร์และการป้องกันสนามไฟฟ้าด้วยสายลิตซ์ต่อพื้น

• โมดูลขดลวดแรงดันสูงและต่ำถูกหล่อแยกกันแล้วประกอบเข้ากับหน่วยแกน ช่องว่างระหว่างโมดูลถูกคงไว้เพื่ออำนวยความสะดวกในการประกอบและทำความเย็น และโมดูลที่เสียหายสามารถเปลี่ยนได้อย่างอิสระเมื่อเกิดข้อผิดพลาด ทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้น

• ชั้นป้องกันสนามไฟฟ้าที่ใช้สายลิตซ์ต่อพื้นถูกนำมาใช้ทั้งด้านในและด้านนอกของขดลวดแรงดันสูง นี่จำกัดสนามไฟฟ้าความถี่สูงให้อยู่ภายในพื้นที่ที่หล่อโดยเรซินอีพ็อกซี่ที่มีความแข็งแรงของฉนวนสูง ลดความเสี่ยงของการปล่อยประจุบางส่วน (PD) โดยไม่จำเป็นต้องมีระยะห่างระหว่างขดลวดเพียงเพื่อปราบปรามสนามไฟฟ้า

• ชั้นป้องกันสนามไฟฟ้าจากสายลิตซ์สามารถเปิดวงจรได้โดยการต่อพื้นที่เดียว ทำให้สามารถปรับรูปทรงสนามไฟฟ้าได้โดยไม่เกิดการสูญเสียกระแสเวียนขนาดใหญ่ ช่องทางการระบายอากาศระหว่างขดลวดและแกนถูกคงไว้ ทำให้สามารถทำความเย็นแบบกึ่งเปิดและขนาดเล็กลงได้พร้อมกัน

1.3 ขดลวดแบบแบ่งส่วนและการปรับรูปทรงสนามไฟฟ้า

• ปลอกโคแอ็กเซียลและขอบแบ่งส่วนถูกเพิ่มลงในกระบอกฉนวน ทำให้ขดลวดหลักและรองสามารถสลับกันใน "กลุ่มส่วน" นี้ลดความลาดชันแรงดันระหว่างชั้นและความจุฟริงค์ที่เท่ากัน ปราบปราม EMI ที่นำพาและปรับปรุงการกระจายแรงดันให้สม่ำเสมอ

• จำนวนส่วน n และจำนวนชั้นกำหนดโดยสูตรวิเคราะห์หรือทดลอง (เช่น n = −15.38·lg k₁ − 18.77 ที่ k₁ คือค่าต่ำสุดระหว่างอัตราส่วนความจุตนเองและร่วมของขดลวดหลักและรอง) ทำให้ได้การประนีประนอมที่เหมาะสมระหว่างปริมาณ อิน덕แทนซ์รั่วไหล และความจุฟริงค์—เหมาะสำหรับการทำงานที่กำลังสูง แรงดันสูง และความถี่สูง

1.4 ขดลวดคอมโพสิตและการทำความเย็นด้วยน้ำแบบรวม

• แกนถูกแบ่งออกเป็นสองโซนขดลวด ใช้วิธีการขดลวดคอมโพสิต: ขดลวดคอมโพสิตแรก (เช่น ขดลวดหลัก) ขดจากชั้นในไปชั้นนอกพร้อมกับการจองปลายสาย; จากนั้น ในโซนที่สอง ขดลวดคอมโพสิตที่สอง (เช่น ขดลวดรอง) ขดในทิศทางตรงกันข้ามโดยใช้ปลายสายที่จองไว้ นี่ขยายช่องว่างระหว่างชั้นและลดประจุคงเหลือ เพิ่มความน่าเชื่อถือและความทนทานของแรงดันสูง

• ช่องว่างสำหรับการทำความเย็นด้วยน้ำแบบไม่สัมผัสถูกตัดบนผนังแกนด้านนอกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อนโดยไม่เสี่ยงต่อความเสียหายทางกลในการประกอบ ฉนวนคอมโพสิตใช้แผ่น PI/PTFE วางในรูปแบบขั้นบันไดเพื่อรับประกันระยะคลานที่เหมาะสมและคุณภาพการหล่อเติมที่ดี

1.5 เทคนิคการขดลวดใหม่และแนวทางควบคุมการสูญเสีย

เทคโนโลยีการขดลวด PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) ถูกแนะนำ: ผ่านการปรับแต่งโทโพโลยีและรูปแบบการขดลวด ผลสกินและเอฟเฟกต์ใกล้เคียง—และดังนั้นการสูญเสียความถี่สูง—ถูกปราบปรามอย่างมาก นี่ทำให้ได้ประสิทธิภาพการคู่>99.5% ในกรณีที่รายงาน พร้อมความสามารถในการแยกแรงดัน 10 kV ความรั่วไหลของอิน덕แทนซ์ที่ควบคุมได้ และความจุกระจายต่ำ—ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานความถี่สูงแรงดันสูงที่ปรับแต่งได้ 30–400 kW, 4–50 kHz

2. โครงสร้างขดลวดทั่วไปสำหรับหม้อแปลงความถี่สูงระดับแรงดัน 10 kV

2.1 การกำหนดขดลวดพื้นฐานและการใช้งาน

• ทรงกระบอกหลายชั้น: กระบวนการผลิตที่เจริญแล้ว; ง่ายต่อการใส่ฉนวนระหว่างชั้นและช่องทางการระบายความร้อน; เหมาะสำหรับการขดลวดต่อเนื่องแรงดันกลางถึงสูง

• หลายส่วนแบบชั้น: ส่วนแกนหลายส่วนแยกกันด้วยแหวนกระดาษฉนวน; ลดความลาดชันแรงดันระหว่างชั้นและการสะสมสนาม; ใช้ทั่วไปในขดลวด HV เพื่อลดการปล่อยประจุบางส่วน

• ต่อเนื่อง (แบบดิสก์): ประกอบด้วยส่วนดิสก์หลายส่วนซ้อนกันตามแกน; มีความแข็งแรงทางกลและประสิทธิภาพความร้อนที่ดี; เหมาะสำหรับการใช้งานความจุสูง/แรงดันสูง

• แบบดิสก์คู่: สองดิสก์ต่อชุด เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม/ขนาน; เหมาะสำหรับขดลวด HV ที่มีกระแสสูงหรือใช้งานพิเศษ

• แบบเกลียว: เกลียวเดี่ยว/คู่/สี่; โครงสร้างง่าย; เหมาะสำหรับขดลวด LV ที่มีกระแสสูงหรือขดลวดเปลี่ยนระดับแรงดันขณะทำงาน; จำกัดจำนวนรอบ

ฟอยล์อะลูมิเนียมทรงกระบอก: ใช้ฟอยล์อะลูมิเนียมหนึ่งรอบต่อชั้น; มีการใช้พื้นที่สูงและเป็นมิตรกับระบบอัตโนมัติ; เหมาะสำหรับขดลวดแรงดันสูงขนาดเล็กถึงกลาง

เหล่านี้คือโครงสร้างขดลวดแรงดันสูงมาตรฐานในหม้อแปลงไฟฟ้าและมักจะปรับปรุงหรือปรับแต่งเพื่อหม้อแปลงความถี่สูงระดับ 10 kV เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการฉนวนและการกระจายความร้อน

2.2 รูปแบบการวางและกระบวนการขดลวดสำหรับการใช้งานแรงดันสูงและความถี่สูงทั่วไป

• การจัดเรียงแบบทรงกระบอก (หลายชั้น): ขดลวดแรงดันสูงอยู่ด้านใน ขดลวดแรงดันต่ำอยู่ด้านนอก (หรือกลับกัน); ออกแบบหลายชั้นพร้อมฉนวนระหว่างชั้นเพื่อกระจายความแตกต่างของศักย์สูง; อาจใช้วิธีการแบ่งส่วนเพื่อปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าและการทำงานของ PD

• การแบ่งส่วนและการแทรกสลับ: ขดลวดแรงดันสูงถูกแบ่งออกเป็นวงจรย่อยๆ และจัดเรียงแบบสลับ/แบ่งส่วนเพื่อลดความลาดชันของแรงดันระหว่างชั้นและความจุหลอมละลาย, ลด EMI ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า, และปรับปรุงความสม่ำเสมอของแรงดัน

• การป้องกัน Faraday และการป้องกันไฟฟ้าสถิต: ฟอยล์ทองแดงหรือชั้นนำไฟฟ้าถูกวางไว้ระหว่างขดลวดหลัก/รอง หรือรอบขดลวด ต่อพื้นที่เดียวเพื่อลดความจุโหมดร่วมและเสียงรบกวนจากการส่งผ่าน; การป้องกันต้องตรงกับความกว้างของขดลวดและหลีกเลี่ยงขอบคมที่อาจทำให้ฉนวนแตก

• การปรับปรุงสายนำและความหนาแน่นของกระแส: Litz wire, สายนำแบบหลายเส้น, หรือฟอยล์ทองแดงถูกเลือกใช้สำหรับขดลวดรองแรงดันสูง/กระแสสูงเพื่อลดผลกระทบของผิวและระยะใกล้, ลดความต้านทาน AC (Rac) และการสูญเสียทองแดง; ความหนาแน่นของกระแส (J) และการเพิ่มอุณหภูมิควบคุมภายในขอบเขตและข้อกำหนดด้านความปลอดภัย

• การออกแบบฉนวนและระยะคลาน: การใช้บาร์เรีย, ขอบปลาย, แหวนเทอร์มินัล, และฉนวนระหว่างชั้น/ระหว่างขดลวด; ระยะคลานและระยะช่องว่างได้ออกแบบตามระดับของมลพิษและระดับแรงดัน; อาจใช้วิธีการชุบหรือหล่อเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของฉนวนและประสิทธิภาพในการนำความร้อน

การพิจารณาการวางและกระบวนการเหล่านี้เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการบาลานซ์ระดับฉนวน, พารามิเตอร์พาราไซติก, และกำลังไฟ—สำคัญในการบรรลุการแยกแรงดัน 10 kV ที่เชื่อถือได้ในทางปฏิบัติ

2.3 วิธีการดำเนินการสำหรับเอาต์พุตขั้วสองแรงดันสูง (ขึ้นอยู่กับโครงสร้างขดลวดอย่างมาก)

• การปรับแรงดันแบบเพิ่มขึ้นหลายขั้นตอน: การเพิ่มแรงดันหลายขั้นตอนบนฝั่งรีเฟกเตอร์ลดแรงดันและความจุหลอมละลายต่อชั้นขดลวด, ทำให้การออกแบบฉนวนง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม, มันไวต่อการเปลี่ยนแปลงโหลด/วงจรลัดวงจรและเกิดกระแสไฟฟ้าที่กระชาก ในทางปฏิบัติ, มักใช้ไม่เกินสองขั้นตอน ต้องการกลยุทธ์การจำกัดกระแสและการป้องกัน

• การรวมแบบอนุกรม/ขนาน: ขดลวดรองถูกแบ่งออกเป็นแพ็คขดลวดหลายชุด, ซึ่งเชื่อมต่อแบบอนุกรม/ขนานภายในหรือหลังจากรีเฟกเตอร์เพื่อให้ได้แรงดัน/กำลังไฟที่ต้องการ แพ็คทั้งหมดใช้วงจรแม่เหล็กเดียวกัน, ทำให้การออกแบบโมดูลาร์และการบาลานซ์แรงดันง่าย—เหมาะสำหรับเอาต์พุตกำลังไฟสูง

ทั้งสองวิธีต้องการการออกแบบแบบบูรณาการกับการแบ่งส่วนขดลวด, การป้องกัน, และหน้าต่างฉนวนเพื่อบาลานซ์แรงดัน, ประสิทธิภาพ, EMI, และการกระจายความร้อน

2.4 แนวทางการเลือกโครงสร้าง (เอกสารอ้างอิงทางวิศวกรรมอย่างรวดเร็ว)

• ให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าและการควบคุม PD: ควรใช้ขดลวดแรงดันสูงแบบแบ่งส่วนหรือต่อเนื่อง (ประเภทแผ่น), ร่วมกับการป้องกัน Faraday, ขอบปลาย, และบาร์เรีย; แนะนำการชุบหรือหล่อเมื่อจำเป็น

• ให้ความสำคัญกับกระแสสูงและความสูญเสียทองแดงต่ำ: ใช้ Litz wire หรือฟอยล์ทองแดงสำหรับขดลวดรอง; ใช้การแทรกสลับหรือการวางแบบแซนด์วิชภายในเพื่อลดความเหนี่ยวนำรั่วและ Rac; เสริมการป้องกันและฉนวนภายนอก

• ให้ความสำคัญกับการประกอบและการบำรุงรักษา: ใช้แพ็คขดลวดรองแบบโมดูลาร์พร้อมการเชื่อมต่อแบบอนุกรม/ขนานเพื่อการบาลานซ์แรงดัน, การทดสอบ, และการแยกข้อผิดพลาด; เลือกวิธีการปรับแรงดันแบบหลายขั้นตอน (≤2 ขั้นตอน) หรือการรวมแบบอนุกรม/ขนานบนฝั่งรีเฟกเตอร์ตามความต้องการของกำลังไฟและสถานะชั่วขณะ