Yaratıcı ve Sıradan Sarım Yapıları 10kV Yüksek Gerilimli Yüksek Frekansta Dönüşümcüler İçin
1.Yeni Sarım Yapıları 10 kV Sınıfı Yüksek Gerilimli Yüksek Frekansta Dönüşüm için
1.1 Bölgesel ve Kısmen Kaplanmış Havalandırma Yapısı
İki U şeklindeki ferrit çekirdeği birleştirilerek bir manyetik çekirdek birimi veya daha fazlasına serisi/seri-paralel çekirdek modülleri oluşturulur. Birincil ve ikincil bobinler, çekirdeğin sol ve sağ düz bacaklarına sırasıyla monte edilir, çekirdeğin birleşme düzlemi sınır katmanı olarak hizmet görür. Aynı tür sarımlar aynı tarafta gruplandırılır. Yüksek frekanstaki kayıpları azaltmak için Litz kablosu sarım malzemesi tercih edilir.
Yalnızca yüksek gerilimli sarım (veya birincil) epoxy reçine ile tamamen kaplanır. Birincil ile çekirdek/ikincil arasında güvenilir yalıtımı sağlamak için PTFE tabaka yerleştirilir. İkincil yüzey yalıtıcı kağıt veya bantla sarılır.
Sarım arasındaki havalandırma kanallarının (sol ve sağ bacaklardaki ikincil sarımlar arasındaki boşluklar) ve manyetik çekirdekler arasındaki boşlukların korunması, bu tasarımın ısı verimini önemli ölçüde artırırken ağırlığı ve maliyeti azaltmasını sağlar, aynı zamanda dielektrik dayanımı korunur—böylece ≥10 kV yalıtım uygulamaları için uygun hale gelir.
1.2 Modüler Tasarım ve Yerleşik Litz Kablosu Elektrik Alanı Kalkanlama
Yüksek gerilimli ve düşük gerilimli sarım modülleri ayrı ayrı kaplanır ve sonra çekirdeğe monte edilir. Modüller arasında hava boşluğu bırakılır, bu da montaj ve soğutmayı kolaylaştırır, arızalar sırasında hasarlı modüller tek tek değiştirilebilir, bakımı artırır.
Yüksek gerilimli sarımın iç ve dış taraflarına yerleştirilen topraklı Litz kablosu temelli elektrik alan kalkanlama katmanları, yüksek frekanslı elektrik alanını çoğunlukla yüksek dielektrik dayanımı olan epoxy kaplı bölgede sınırlar, aşırı sarım boşluğu olmadan kısmi salınım (PD) riskini önemli ölçüde azaltır.
Litz kablosu kalkanlama katmanı tek noktalı toprakla açık devre bırakılabilir, böylece elektrik alanını şekillendirirken önemli döngü akımı kayıplarını önler. Sarım ve çekirdek arasındaki havalandırma kanalları korunarak yarı havalandırma soğutması ve küçültme aynı anda sağlanır.
1.3 Parçalı Sarım ve Elektrik Alanı Şekillendirme
Aynı eksenli kılıflar ve bölünme kamaçları yalıtıcı bobine eklenerek, birincil ve ikincil sarımlar "parça grupları" halinde birbirine geçirilir. Bu, katman arası voltaj gradyanlarını ve eşdeğer parazitik kapasitansı büyük ölçüde azaltır, iletim EMI'yi baskılar ve voltaj dağılımının homojenliğini iyileştirir.
Parça sayısı n ve katman sayısı analitik veya deney formülleriyle belirlenir (örneğin, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, burada k₁ birincil/ikincil öz kapasitans ve karşılıklı kapasitans oranlarının en küçük değeridir), hacim, sızıntı endüktans ve parazitik kapasitans arasında optimal bir denge sağlanır—yüksek güç, yüksek gerilim, yüksek frekanslı işlemler için idealdir.
1.4 Kompozit Sarımlar ve Entegre Su Soğutması
Çekirdek iki sarım bölgesine bölünür. Kompozit sarım yaklaşımı kullanılır: ilk kompozit sarım (örneğin, birincil) içten dış katmanlara doğru sarılır, bağlantı uçları rezerve edilir; ardından ikinci bölgede, ikinci kompozit sarım (örneğin, ikincil) rezerve edilen bağlantı uçları kullanılarak ters yönde sarılır. Bu, katman arası boşlukları genişletir ve arta kalan yükü azaltır, yüksek gerilim güvenilirliğini ve ömrünü artırır.
Dış çekirdek duvarına montaj sırasında mekanik hasara risk olmayan non-kontakt su soğutma kanalları entegre etmek için rahatlama yuvaları işlenir. PI/PTFE laminatları basamaklı yapıda düzenlenmiş kompozit yalıtım, yeterli sürünme mesafesi ve yüksek kaliteli kaplama doldurma sağlar.
1.5 Yeni Sarım Teknikleri ve Kayıp Kontrol Yolları
PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) sarım teknolojisi tanıtıldı: optimize edilmiş sarım topolojisi ve düzeni sayesinde cilt ve yakınlık etkileri—ve dolayısıyla yüksek frekanslı kayıplar—önemli ölçüde baskılandı. Bu, bildirildiğine göre >99.5% bağlama verimini, 10 kV yalıtım yeteneğini, kontrol edilebilir sızıntı endüktansını ve düşük dağıtılmış kapasitansını sağlar—bu da özel olarak 30–400 kW, 4–50 kHz yüksek gerilimli yüksek frekanslı uygulamalar için uygun hale getirir.
2. 10 kV Sınıfı Yüksek Gerilimli Yüksek Frekanslı Dönüşüm için Ortak Sarım Yapıları
2.1 Temel Sarım Yapıları ve Uygulama Senaryoları
Çok katmanlı silindirik: Olgun üretim süreci; katman arası yalıtım ve soğutma kanallarının yerleştirilmesi kolay; orta-yüksek gerilimli sürekli sarımlar için uygundur.
Çok bölümlü katmanlı: Aksiyal bölümler yalıtıcı kağıt halkalarla ayrılır; etkili şekilde katman arası voltaj gradyanını ve alan yoğunluğunu azaltır; kısmi salınımı azaltmak için HV sarımlarda yaygın olarak kullanılır.
Sürekli (disk tipi): Aksiyal olarak yığılmış birden fazla disk bölümünden oluşur; iyi mekanik dayanım ve termal performans sağlar; yüksek kapasiteli/daha yüksek gerilimli uygulamalar için uygundur.
Çift disk: Grup başına iki disk, seri/paralel olarak bağlanır; yüksek akım veya özel amaçlı HV sarımlar için idealdir.
Helisel: Tek/çift/dört helis; basit yapı; yüksek akım LV sarımları veya yük altında tap değişimli sarımlar için uygundur; tur sayısı sınırlıdır.
Alüminyum foli silindirik: Her katmanda bir tur kullanılarak alüminyum foli; yüksek alan kullanımı ve otomasyon dostu; küçük-orta HV sarımlar için uygundur.
Bu standart HV sarım yapıları güç transformatörlerinde bulunur ve genellikle 10 kV sınıfı yüksek gerilimli yüksek frekanslı transformatörlerde yalıtım ve termal performansı artırmak için uyarlanır veya geliştirilir.
2.2 Yüksek Gerilimli Yüksek Frekansta Tipik Sarım Düzenleri ve Süreçleri
Merkezsel silindirik (katmanlı) düzen: İçte HV sarımı, dışta LV (veya tam tersi); katmanlar arası yalıtım ile çok katmanlı tasarım; elektrik alanı dağılımını ve PD performansını optimize etmek için bölünmüş düzen kullanılabilir.
Bölümleme ve iç içe yerleştirme: HV sarımı birden fazla bobin haline bölünerek sıralanarak katmanlar arası gerilim gradyanını ve parazitik kapasitansı azaltılır, iletken EMI bastırılır ve gerilim homojenliği artırılır.
Faraday ve elektrostatik ekranlama: Birinci/ikincil arasında veya sarımların etrafına bakır foli veya iletken katmanlar yerleştirilir, tek noktada topraklanır, ortak mod kapasitansını ve kupleme gürültüsünü azaltır; ekranlama sarım genişliğine uygun olmalı ve yalıtımı delleyebilecek keskin kenarlarından kaçınılmalıdır.
İletken ve akım yoğunluğu optimizasyonu: Litz tel, çöp iletkenler veya bakır foli, deri/proksimal etkileri baskılamak, AC direncini (Rac) ve bakır kaybını azaltmak için HV/yüksek akım ikincil sarımlar için tercih edilir; akım yoğunluğu (J) ve sıcaklık yükseltimi pencere ve güvenlik düzenlemeleri sınırları içinde kontrol edilir.
Yalıtım ve yarılma tasarımı: Barьеры, концевые поля, изолированные выводы и комбинированная межслойная/межобмоточная изоляция; дистанция ползучести и зазор проектируются в соответствии с степенью загрязнения и классом напряжения; для повышения диэлектрической прочности и теплопроводности может применяться вакуумная пропитка/заливка.
Bu düzen ve süreç göz önünde bulunduruları, izolasyon seviyesi, parazitik parametreler ve güç derecelendirmesi arasındaki dengeliyi sağlama konusunda yakından ilişkilidir—mühendislik uygulamasında güvenilir 10 kV izolasyonunu elde etmenin anahtarıdır.
2.3 Yüksek Gerilimli İkincil Çıkış İçin Uygulama Yöntemleri (Sarım Yapısına Çok Bağlı)
Gerilim çoğaltıcı doğrultma: Doğrultucu tarafında çok aşamalı gerilim iki katına çıkarma, her sarım aşaması başına düşen gerilim stresini ve parazitik kapasitansı önemli ölçüde azaltır, izolasyon tasarımı kolaylaşır. Ancak, yük geçici değişimlerine/kısa devrelere hassastır ve dalga akımlara eğilimlidir. Pratikte genellikle iki aşamadan fazla kullanılmaz, akım sınırlama ve koruma stratejileri gereklidir.
Seri/paralel kombinasyon: İkincil, istenen gerilim/gücü elde etmek için dahili veya doğrultucu sonrası seri/paralel olarak bağlanan birden fazla bobin paketine bölünür. Tüm paketler aynı manyetik devreyi paylaşır, modüler tasarım ve gerilim dengesini kolaylaştırır—yüksek güç çıkışları için idealdir.
Her iki yöntem de, gerilim stresini, verimliliği, EMI'yi ve termal performansı dengelendirmek için sarım bölünmesi, ekranlama ve izolasyon pencereleriyle entegre tasarım gerektirir.
2.4 Yapısal Seçim Kılavuzu (Hızlı Mühendislik Referansı)
Elektrik alanının homojenliği ve PD kontrolünün önceliklendirilmesi: Bölünmüş veya sürekli (disk tipi) HV sarımları, Faraday ekranlama, uç kenarlar ve barьеры ile birleştirilir; gerektiğinde vakum impregnasyon/potting önerilir.
Yüksek akım ve düşük bakır kaybının önceliklendirilmesi: İkincil için Litz tel veya bakır foli kullanılır; iç içe veya sandviç sarımı kullanılarak sızıntı endüktansı ve Rac azaltılmıştır; dış ekranlama ve izolasyon güçlendirilmiştir.
Montaj ve bakım kolaylığına öncelik verilmesi: Kolay gerilim dengesini, test etmeyi ve hata yalıtımını sağlamak için serile/paralel bağlantılarla modüler ikincil bobin paketleri benimsenir; güç ve geçici gereksinimlere göre doğrultucu tarafında voltaj çoğaltıcı doğrultma (≤2 aşamalar) veya serile/paralel kombinasyon seçilir.
