Discussione nantu à a Struttura è u Prucessu di u Trasformatore di Impulsi d'Alta Tensione
2022-10-09
Trasformatori di impulsi d'alta tensione sò largamente usati in radar, fisica d'alta energia, prutezzione ambientale è rimozione di polvera, acceleratore di elettroni lineari è altri campi tecnichi. Quandu u voltage diventa più altu è più altu (in generale da decine di kilovolts à centinaie di kilovolts), i requisiti per a forma d'onda diventanu più stretti è più stretti, è l'implementazione di u prugettu diventa sempre più difficiule. Per u sviluppu successu di trasformatore di impulsi d'alta tensione, a garanzia di cuncepimentu è di calculu hè da una banda, è u disignu strutturale, u disignu di u prucessu è u trattamentu di u prucessu sò ancu cruciali. Per u trasformatore di impulsi d'alta tensione, anguli o bavature in punti fini ponu fà chì u trasformatore si rompe durante u funziunamentu, è u trasformatore ùn pò micca funzionà normalmente per via di danni. I seguenti presentanu i prublemi chì devenu esse cunsideratu è nutati in u prucessu di implementazione da l'aspettu di struttura è prucessu.
1. Cuncepimentu strutturale
a) Struttura di avvolgimento
U criteriu di cuncepimentu di u trasformatore di impulsi hè di assicurà u coefficientu massimu di trasmissione di energia è a distorsione minima di a forma d'onda di impulsu per a carica, per quessa, hè necessariu di ottene l'induttanza di fuga adatta è i paràmetri di capacità distribuita attraversu un disignu raghjone. A forma di l'avvolgimentu determina largamente i paràmetri di distribuzione (induttanza di fuga è capacità distribuita) di u trasformatore di impulsi. Ci sò trè strutture di avvolgimentu cumuni: avvolgimentu cilindricu, avvolgimentu circular è avvolgimentu anellu. A struttura specifica deve esse cunsideratu cumpletamente.
L'ingegneri chì cuncepiscenu u trasformatore di impulsu sanu chì l'induttanza di fuga hè unu di i parametri impurtanti di u trasformatore di impulsi, è l'induttanza di fuga influenza direttamente e caratteristiche di punta di a forma d'onda di impulsu di output. Per riduce l'induttanza di fuga, in più di riduce u numeru di giri primari è a distanza d'insulazione, hè unu di i metudi più efficaci per aumentà u nùmeru di gruppi di avvolgimentu alternanti M di l'avvolgimentu primariu. In ogni casu, per cintunari di transformatori di impulsi d'alta tensione di kilovolt, l'avvolgimentu alternante di l'avvolgimentu primariu hè difficiule di ottene u trattamentu d'insulazione di tensione di resistenza, chì aumenta u risicu di a rottura di a tensione di u trasformatore. U spessore di l'isolamentu interlayer di l'avvolgimentu di u trasformatore di impulsu ordinariu hè custante. In generale, l'avvolgimentu primariu hè avvoltu una strata, è l'avvolgimentu secundariu hè avvoltu una strata o parechji strati. A distanza d'insulazione trà e fasi primarie hè determinata da a tensione più alta applicata trà elli.
Per soddisfà i requisiti di l'alimentazione di impulsi à alta tensione per l'induttanza di bassa fuga è l'alta tensione di resistenza di u trasformatore di impulsi, l'avvolgimentu deve esse cunfiguratu raghjone. Avemu generalmente aduprà bobine cilindriche, è l'avvolgimentu secundariu utilizanu una struttura asimmetrica di bobina d'alta tensione, vale à dì, i turni di e bobine secondarie sò distribuiti uniformemente nantu à dui poli magnetichi di u core magneticu. Sicondu u principiu chì a tensione di output aumenta in a listessa proporzione cù u nùmeru di giri secundarii, A distanza d'insulazione △ 1 di a prima bobina di volta di a mità (denominata pacchettu di bassa tensione in breve) hè aduprata per cuncepisce l'alta tensione. pacchettu voltage △ 2 × 1, chì salva a larghezza di a finestra di u core magneticu è u costu di u core magneticu. Mentre assicurendu a forza di tensione di resistenza à l'insulazione, riduce ancu l'induttanza di fuga di u trasformatore di impulsi, chì ùn solu migliurà a forma d'onda di output, ma ancu migliurà l'efficienza di trasmissione di forma d'onda. A struttura di bobina asimmetrica hè mostrata in Figura 1.
L'altru tipu di struttura di bobina hè l'avvolgimentu cunicu, chì hè una struttura nova è hè generalmente utilizata in situazioni induve a tensione di impulsu di output hè 250kV. Si faci usu di a caratteristica di goccia di gradiente equipotential trà l'avvolgimentu di u trasformatore di impulsi, è distribuisce a struttura principale d'insulazione secondu u gradiente equipotential, cusì chì a lunghezza di u circuitu magneticu di u core di ferru pò esse ridutta è u voluminu di u core di ferru. pò esse ridutta in cunseguenza quandu a seccione di u core di ferru ùn hè micca cambiatu. Puderà ancu riduce a durata media di a volta di l'avvolgimentu. In cunfrontu cù l'avvolgimentu cù finestra rettangulare, l'induttanza di fuga hè ridutta da circa 1/2. A capacità distribuita aumenta pocu. Duvuta à u rapportu di trasfurmazioni altu, u capacitance tutali (cumpresi capacitance carica) aumenta solu da 3.5%, mentri si diminuisce da circa 23% in proporzione diretta à u tempu di guida? Dunque, a struttura di bobina cunica pò esse aduprata per cuncepisce un trasformatore di impulsu cù un picculu voluminu, un pesu ligeru è una bona forma d'onda di impulsu.
Vede a Figura 2 per u schema di struttura di l'avvolgimentu cunicu
b) Disegnu di struttura d'insulation
i. Piombo primariu fora
In generale, a tensione di impulsu di output secundariu di u trasformatore di impulsu d'alta tensione hè più di 100 kV. A struttura di u trasformatore hè cuncepitu cum'è i piani superiori è inferiori sò cumpressi cù quattru viti, è i platine inferiori sò fissati cù buchi di stallazione riservati. U scheletru secundariu deve esse cumpletamente sopra cù l'avvolgimentu primariu, è u scheletru sopratuttu deve esse posizionatu in u slot limite di i platti di pressa superiore è inferiore per assicurà a distanza d'insulazione cù a bobina primaria, per migliurà l'affidabilità di l'insulazione di u trasformatore. . U currente primariu di u trasformatore di impulsu d'alta tensione hè assai grande, è a corrente di punta hè generalmente millaie di ampere. U piombo deve esse cunnessu cù barre di rame grossi. Per aumentà a distanza trà ellu è l'avvolgimentu secundariu d'alta tensione, u piombu deve esse separatu quantu pussibule. Utilizemu e barre di rame in linea per guidà direttamente à traversu u pianu superiore, è apre cù precisione un slot di uscita sottile è longu nantu à u pianu superiore, chì ùn solu aumenta a distanza trà u piombo primariu fora è u piombu secundariu fora, ma ancu. facilita a cunnessione durante l'assemblea di l'alimentazione di impulsi.
ii. Materiale isolante
A tensione di output secundariu di u trasformatore di impulsi hè assai alta. In cunsiderà u margine di cuncepimentu, l'ignizione è altre cundizioni anormali, l'insulazione è a tensione di resistenza di u secundariu di u transformatore di impulsi à u primariu è a terra sò generalmente cuncepiti secondu i requisiti di tensione di output di 1.2 à 1.4 dong. A bobina primaria hè di struttura sopra, è u materiale d'insulazione principale hè 45 # oliu di trasformatore. A distanza di isolamentu sopra à a più alta differenza di tensione trà l'avvolgimentu primariu è secundariu hè di circa 5kV / mm. U materiale di scheletru secundariu di u trasformatore di impulsi d'alta tensione convenzionale hè generalmente fattu di 3240 foglia epossidica. A superficia di u scheletru hè pianu. Quandu a bobina hè ferita, i fili inter-turni sò strettamente cunnessi, è u prucessu di bobina hè difficiule. Scegliemu a tavola epossidica di a serie EPGC 201 cum'è u materiale di scheletru secundariu. Comparatu cù u cunvinziunali Foglia di resina epossidica 3240, U bordu epossidicu EPGC hè più densu, micca faciule da delaminate, è hà un rendimentu d'insulazione più affidabile sottu u campu elettricu d'alta tensione.
Cum'è a tensione di output di u trasformatore hè alta, u rapportu di trasfurmazioni di u transformatore hè ancu grande, vale à dì, u numeru di volte di l'avvolgimentu secundariu hè ancu grande. Avemu slot u scheletru sicundariu secondu u numeru di giri, è fissà u valore limitu di ogni volta di u scheletru sicundariu per assicurà a distanza inter-turnu, in modu à minimizzà u prublema di tensione di resistenza inter-turnu causatu da operazioni di produzzione.
Per evità u prublema di rottura di u trasformatore chì pò esse causatu da anguli aguzzi o bave di u quadru è di l'installazione di membri strutturali, avemu bisognu chì tutti i cantoni di i membri strutturali sò smussati cù R Υ Per prevene una scarica di punta d'alta tensione è scratch. a capa d'insulazione di u filu durante u prucessu di pruduzzioni di bobina.
iii. Messa a terra multipuntu di un core di ferru
Per fà u trasformatore di impulsu più affidabile quandu travaglia à alta tensione è evità a sospensjoni è l'elettrificazione di u core di ferru quandu travaglia à alta tensione, u core di ferru hè generalmente messe à terra separatamente. Dopu à a messa a terra multipuntu, u core di ferru hè purtatu fora à i quattru tirati di metalli installati è cunnessi cù u filu di terra per assicurà chì tutte e parti metalliche sò nantu à a stessa terra.
2. Prucessu di pianificazione
A maiò parte di i transformatori di impulsi d'alta tensione utilizanu l'oliu di trasformatore cum'è u principale materiale insulating. In teoria, a forza di tensione di resistenza di l'oliu di trasformatore hè assai alta, finu à 55kV / 2.5mm (una distanza standard di l'oliu). Tuttavia, in l'applicazioni pratiche di l'ingegneria, a tensione di resistenza di l'oliu di trasformatore dipende principalmente da u so prucessu di trattamentu d'insulazione è u prucessu di riempimentu di l'oliu di vacuum, chì sò descritti quì sottu.
a) Prucessu di trattamentu d'insulazione d'oliu di trasformatore
Ci sò 25 # oliu di trasformatore è 45 # oliu di trasformatore. A diferenza principale hè chì u puntu di congelazione di a bassa temperatura hè diversu. Avemu generalmente aduprà 45 # oliu di trasfurmazioni. L'oliu di trasformatore deve esse trattatu prima di ogni usu. A tensione di rottura di l'oliu trattatu ùn deve esse menu di 50kV / 2.5mm di scaricamentu standard. U riempimentu d'oliu di vacuum di u trasformatore di impulsi d'alta tensione pò esse realizatu solu dopu chì l'ispezione hè qualificata. Precauzioni per u trattamentu d'insulazione di l'oliu di trasformatore includenu principalmente:
i. L'attellu deve esse pulitu, seccu, senza polvera è ben ventilatu.
ii. I cuntenituri per l'oliu di trasformatore è l'equipaggiu per u trattamentu di l'oliu (cum'è filtru pressa, vacuum cooker, etc.) deve esse puliti, secchi è sigillati.
iii. Prestate attenzione per impediscenu gocce d'acqua, fibri di filatu di cuttuni o altre impurità è impurità da cascà in l'oliu di trasformatore. Ùn parlate micca à l'oliu di trasformatore per impedisce a saliva di spruzzate in questu.
iv. L'oliu di u compressore hè seccu à u vacuum in un vacuum pan, pressurizatu è riscaldatu, cù una temperatura di 85 ± 5 ℃ è un tempu di mantene generale di 12 ore. U tempu di mantene hè determinatu secondu chì a prova di tensione di rottura di a mostra d'oliu hè qualificata.
b) U prucessu di riempimentu di l'oliu di vacuum
Per assicurà chì u trasformatore di impulsi d'alta tensione pruduciutu pò scuntrà a forza di tensione di resistenza disignata, l'oliu di trasformatore deve esse iniettatu in un ambiente di vacuum. In generale, ùn hè micca permessu di riempimentu d'oliu senza vacuum. Hè impussibile di caccià e bolle in a bobina di riempimentu d'oliu senza vacuuming, chì riducerà assai a prestazione d'insulazione di u trasformatore.
i. Asciugatura: U transformatore pulitu deve esse seccu per 4 ~ 8 ore in un fornu termostaticu à 110 ± 5 ℃ (secondu a dimensione è u pesu di l'elementu).
ii. Test di resistenza d'insulazione: senza caccià u fornu, aduprate un megger 1000V per misurà a resistenza d'insulazione trà l'avvolgimentu di qualsiasi trasformatore è trà l'avvolgimentu è i cunchiglia, chì ùn deve esse menu di 100 megaohms (nota chì a temperatura deve esse 110 ± 5 ℃) . Se a resistenza d'insulazione hè più bassu di 100 megaohms, cuntinuà à siccà finu à chì supera stu valore.
iii. Riempimentu di l'oliu di vacuum: a temperatura di l'asciugatura di u vacuum hè 100 ~ 105 ℃, a pressione residuale hè menu di 5 mm di colonna di mercuriu, è u tempu hè di 6 ~ 10 ore. L'oliu di trasformatore qualificatu deve esse pompatu, è u livellu di l'oliu coprerà u trasformatore à circa 40 mm.
3. Conclusioni
A pruduzzione riescita di un trasformatore di impulsi d'alta tensione richiede micca solu un disignu teoricu attentu è detallatu per assicurà a so forza di tensione di resistenza, ma ancu una pianificazione dettagliata nantu à a struttura è u prucessu. Solu manipulendu i dettagli di u funziunamentu di u prucessu durante u prucessu di produzzione, pò esse garantita a tensione di resistenza è a prestazione d'insulazione. Dunque, u prublema di prucessu hè assai impurtante, è ogni ingegnere deve esse attentu à questu.
