專利名稱：大功率高頻高壓整流變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種特種變壓器，特別是一種頻率在10 50kHz、輸入交變電壓為530v、功率可大于100kW、輸出直流電壓可達(dá)72kv的升壓裝置。它是節(jié)能高效新產(chǎn)品“高頻電源”的關(guān)鍵部件，與電除塵器本體配套完成對(duì)鍋爐煙氣的除塵，屬于變壓器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球變暖，全世界都在開(kāi)展治理以煤炭為燃料造成的環(huán)境污染。煤燃燒后產(chǎn)生的最大污染就是粉塵，有效治理粉塵污染的常用設(shè)備就是電除塵器。隨著國(guó)家的發(fā)展，對(duì)粉塵排放濃度的標(biāo)準(zhǔn)越提越高。目前國(guó)家對(duì)大氣煙塵排放的標(biāo)準(zhǔn)是50mg/m3，正在制定更高的標(biāo)準(zhǔn)30mg/m3。電除塵器及其電控技術(shù)也必須隨之發(fā)展。靜電除塵器的工作原理是在除塵器極板極線間加一高壓直流電場(chǎng)，使流經(jīng)該電場(chǎng)的煙塵顆粒產(chǎn)生電荷，向兩極運(yùn)動(dòng)并附著在極板上，累積到一定厚度時(shí)將其擊落送走，其除塵效果主要取決于為極板提供高壓直流電場(chǎng)的高壓整流變壓器。目前的靜電除塵的變壓器鐵芯多為矽鋼片或鐵氧體材料，矽鋼片材料的頻率范圍較低，只能用于制成50Hz的高壓整流變壓器，且它體積龐大，損耗大，效率低，向電除塵器提供的電壓紋波大，除塵器的除塵效率低。鐵氧體材料的頻率較高，但制成的變壓器其輸出功率較小，達(dá)不到大型靜電除塵器的要求。如仍按現(xiàn)有的矽鋼片或鐵氧體材料為鐵芯制作的變壓器，即使通過(guò)技術(shù)改造也已很難達(dá)到新的煙氣排放要求，因此特別需要為大型靜電除塵器研制專用的大功率高頻高壓電源。根據(jù)實(shí)際需求，我院對(duì)已用于互感器作鐵芯的超微晶鐵芯進(jìn)行專門研究后發(fā)現(xiàn)，超微晶材料是以鐵為基材，加入少量鈮、硼等稀有元素，通過(guò)急冷工藝制成厚度小于 0. 025mm的簿片狀帶材，用這種簿片狀超微晶帶材通過(guò)繞制重疊成型，再通過(guò)熱處理和定型等工藝處理后制成超微晶鐵芯，該超微晶鐵芯的電磁特性和頻率特性都很好，適合在10 50kHz的高頻條件下正常工作，同時(shí)還具有功耗低和溫升小等性能，可制成大功率高頻高壓電源的變壓器鐵芯，并對(duì)超微晶變壓器鐵芯制作方法及其專用模具申請(qǐng)了 CN101572182號(hào)發(fā)明專利，但由于線圈繞制特別是高壓線圈的繞制方法未能突破矽鋼片鐵芯變壓器或鐵氧體鐵芯變壓器的繞制方法，致使超微晶鐵芯制作的大功率高頻高壓變壓器極易燒壞而未能成功。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有除塵變壓器輸出功率較小、電壓紋波大等不足之處，使用超微晶變壓器鐵芯，提供一種工作頻率高達(dá)10 50kHz，電壓紋波小，輸出直流電壓高達(dá)72kv，輸出功率不小于IOOkW的適合大型靜電除塵器要求的大功率高頻高壓整流變壓器。本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器，包括鐵芯、低壓繞組、高壓繞組、整流電橋和變壓器油箱，所述鐵芯選用長(zhǎng)方矩形超微晶變壓器鐵芯，低壓繞組用寬銅箔分2組同方向繞于鐵芯長(zhǎng)邊柱上的2個(gè)低壓骨架上，高壓繞組中的一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在1個(gè)高壓線圈骨架上，高壓繞組中的另一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在另1個(gè)高壓線圈骨架上，2個(gè)高壓線圈骨架分別套裝在2個(gè)低壓繞組上，高壓繞組中的各高壓分繞組分別與各自配套的整流電橋的輸入端連接，各整流電橋的輸出端分別并聯(lián)1個(gè)固定電容，各整流電橋的輸出端依次串聯(lián)后的變壓器輸出的正壓端與變壓器外殼連接，變壓器輸出的負(fù)壓端與變壓器高壓接線端子連接，二組低壓繞組用寬銅排串聯(lián)后與10 50kHz、530V交變電壓連接，變壓器的直流輸出額定電壓為72kv，輸出額定功率不小于100kW，變壓器和整流電橋及固定電容安裝在變壓器油箱內(nèi)。所述高壓線圈骨架選用耐壓達(dá)10000V/mm的DMC材料壓鑄而成，每個(gè)骨架設(shè)有與高壓分繞組數(shù)量相等的線槽，各高壓分繞組分別繞制在同1個(gè)線槽中，線槽壁上設(shè)有以利于散熱的導(dǎo)油孔。為了提高散熱性能，所述變壓器油箱兩側(cè)設(shè)有散熱器，并在變壓器油箱頂部、兩側(cè)和后部設(shè)有鋼板圍擋構(gòu)成的強(qiáng)迫風(fēng)冷通道，為了防止高頻磁場(chǎng)的電磁渦流造成的發(fā)熱，變壓器頂部鋼板選用無(wú)磁鋼板。由于現(xiàn)有二極管的反向電壓較低，可用多個(gè)二極管串聯(lián)以提高工作電壓，所述整流電橋的4個(gè)橋臂分別由不少于5個(gè)高壓高頻二極管串聯(lián)而成，為了防止二極管因性能不一致而被擊穿，可在各高壓高頻二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)均壓電阻。所述高壓高頻二極管選用D07-15或TE2515或RU4D或或FR309，所述均壓電阻選用5. 1 10MΩ，所述固定電容選用1 IOnf高壓電容。為了便于監(jiān)控變壓器運(yùn)行情況，可增設(shè)電流采樣電阻、電壓采樣電阻和分壓電阻， 所述電流采樣電阻串聯(lián)在正壓端與變壓器外殼之間，電流采樣電阻的輸出端與監(jiān)控電流表聯(lián)接，電壓采樣電阻與分壓電阻串聯(lián)后并聯(lián)在高壓接線端子與變壓器外殼之間，電壓采樣電阻的輸出端與監(jiān)控電壓表聯(lián)接。所述電流采樣電阻選用5 Ω，電壓采樣電阻選用2. ^(Ω， 分壓電阻選用150ΜΩ。所述高壓繞組中的高壓分繞組的數(shù)量為10 30個(gè)，優(yōu)選為20個(gè)，每個(gè)高壓分繞組與低壓繞組的匝數(shù)比為15 5 1，優(yōu)選為7. 5 1，低壓繞組的交變電壓頻率為10 50kHz，優(yōu)選為 20 kHz。本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器，由于低壓繞組的箔繞形式，克服了高頻電能傳導(dǎo)的趨膚效應(yīng)；將高壓繞組分成若干個(gè)高壓分繞組分段繞制，使每個(gè)高壓分繞組的電壓并不太高，各高壓分繞組線圈的圈數(shù)較少，感抗和容抗較小，解決了高頻電源開(kāi)關(guān)因變壓器次級(jí)繞組的分布電容的反射而損壞的問(wèn)題，又因每個(gè)高壓分繞組分別與各自配套的整流電橋的輸入端連接，能很好的將各個(gè)分繞組相互隔開(kāi)，解決了小體積高壓變壓器的內(nèi)部擊穿的問(wèn)題，進(jìn)一步提高變壓器的使用壽命，各整流電橋的輸出端依次串聯(lián)后輸出，使總的輸出電壓很高而等于各分繞組電壓之和，本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器，工作頻率范圍可達(dá)10 50kHz，優(yōu)選為20 kHz，調(diào)節(jié)高頻開(kāi)關(guān)電源的占空比，即可調(diào)節(jié)輸出功率，其直流輸出額定電壓為7^v，輸出額定功率不小于100kW。滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行的溫升 <40°C。用該高頻變壓器比原有工頻變壓器作用于相同的電除塵器，其除塵效率可提高40% 以上，在同等效率情況下，電除塵器可節(jié)電50%以上。是大型靜電除塵器高壓電源理想的升壓設(shè)備。
附圖1是本實(shí)用新型使用的超微晶變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是附圖2的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是附圖4中的整流電橋的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器的殼體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型使用的鐵芯為適合在IOkHz 50kHz頻率范圍內(nèi)工作的閉環(huán)長(zhǎng)方矩形的超微晶變壓器鐵芯，其制作方法如CN101572182A所述，選用超微晶薄帶材制成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實(shí)用新型選用的鐵芯截面為60mmX 60mm。參見(jiàn)附圖2和3，圖中的1是變壓器超微晶鐵芯，2低壓骨架及低壓繞組，3是高壓繞組，4是高壓線圈骨架，5是2個(gè)高壓線圈骨架之間的隔板，6是電橋板，7是木夾板，8是2 個(gè)低壓繞組之間串聯(lián)的寬銅排，9是分壓電阻，10是低壓引入線，11是與變壓器高壓接線端子連接的高壓引出線，12是無(wú)磁鋼板，13是變壓器油箱，14鋼板圍擋，15是散熱器，16是風(fēng)道口。本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器，包括鐵芯1、低壓繞組2、高壓繞組3、 電橋板6和變壓器油箱14，所述鐵芯1選用長(zhǎng)方矩形超微晶變壓器鐵芯，低壓繞組2用寬銅箔分2組同方向繞于鐵芯1長(zhǎng)邊柱上的2個(gè)低壓骨架上，高壓繞組3中的一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在1個(gè)高壓線圈骨架4上，高壓繞組中的另一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在另1個(gè)高壓線圈骨架上，2個(gè)高壓線圈骨架4分別套裝在2個(gè)低壓繞組2上，如圖2和圖3所示；高壓繞組3中的各高壓分繞組Ll Ln分別與各自配套的整流電橋Dl Dn的輸入端連接，為了防止萬(wàn)一空載而電壓升高，可在各整流電橋的輸出端分別并聯(lián)1個(gè)固定電容Cl Cn，可同時(shí)起輕載和濾波作用，整流電橋D和固定電容C安裝在電橋板6上，各整流電橋Dl Dn的輸出端依次串聯(lián)后的變壓器輸出的正壓端與變壓器外殼連接，如圖4 所示，變壓器輸出的負(fù)壓端X3經(jīng)高壓引出線11與變壓器高壓接線端子連接，2組低壓繞組之間用寬銅排8串聯(lián)后的2個(gè)輸入端10 (圖4中的Xl和X2)與10 50kHz、530V交變電壓連接，變壓器的直流輸出額定電壓為7^v，輸出功率不小于100kW，變壓器和電橋板6安裝在變壓器油箱13內(nèi)。所述高壓線圈骨架4選用耐壓達(dá)10000V/mm的DMC材料壓鑄而成，2個(gè)高壓線圈骨架上設(shè)有與高壓分繞組數(shù)量相等的線槽，各高壓分繞組分別繞制在同1個(gè)線槽中，線槽壁上設(shè)有以利于散熱的導(dǎo)油孔。為了提高散熱性能，所述變壓器油箱13兩側(cè)設(shè)有散熱器15，并在變壓器油箱頂部、兩側(cè)和后部設(shè)有鋼板圍擋14構(gòu)成的強(qiáng)迫風(fēng)冷通道，可用風(fēng)機(jī)將空氣從變壓器后部圍檔下端的進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)過(guò)上部的風(fēng)道口 16向兩側(cè)風(fēng)道吹去(如圖2和3中的箭頭所示)，再經(jīng)兩側(cè)風(fēng)道將其中散熱器15的熱量從兩側(cè)風(fēng)道下端的出風(fēng)口吹出，散熱降溫效果較好。為了防止低壓引入線10的高頻磁場(chǎng)在穿過(guò)鋼板產(chǎn)生電磁渦流而造成發(fā)熱，可將變壓器油箱13頂部鋼板12選用無(wú)磁鋼板，如圖6所示。由于現(xiàn)有二極管的反向電壓較低，可用多個(gè)二極管串聯(lián)以提高工作電壓，所述整流電橋Dl-Dn看的4個(gè)橋臂分別由不少于5個(gè)高壓高頻二極管V串聯(lián)而成，為了防止二極管V因性能不一致而被擊穿，可在各高壓高頻二極管V兩端分別并聯(lián)一個(gè)均壓電阻R。其電路連接關(guān)系如圖5所示。所述高壓高頻二極管V選用D07-15或TE2515或RU4D或或FR309，所述均壓電阻R選用5. 1 IOM Ω，所述固定電容Cl Cn選用1 IOnf高壓電容。為了便于監(jiān)控變壓器運(yùn)行情況，可增設(shè)電流采樣電阻R1、電壓采樣電阻R2和分壓電阻R3，參見(jiàn)圖4，所述電流采樣電阻Rl串聯(lián)在變壓器輸出的正壓端與變壓器外殼之間，電流采樣電阻Rl的輸出端Χ4與外接的監(jiān)控電流表聯(lián)接，電壓采樣電阻R2的一端與變壓器外殼連接，電壓采樣電阻R2的另一端為輸出端)(5并與分壓電阻R3 (圖3中的9)串聯(lián)后與高壓接線端子Χ3 (變壓器輸出的負(fù)壓端)連接，電壓采樣電阻R3的輸出端Χ5與外接監(jiān)控電壓表聯(lián)接，高壓接線端子Χ3與大型靜電除塵器連接。變壓器的兩個(gè)輸入端Xl和Χ2 (圖2和圖3中的10)與10 50kHz、530V交變電壓連接。所述電流采樣電阻Rl選用5 Ω，電壓采樣電阻R2選用2.漲0，分壓電阻R3選用150ΜΩ。所述高壓繞組中的高壓分繞組Ll LN的數(shù)量為10 30個(gè)，優(yōu)選為20個(gè)，每個(gè)高壓分繞組與低壓繞組的匝數(shù)比為15 5 1，優(yōu)選為7. 5 1，低壓繞組的交變電壓頻率為10 50kHz，優(yōu)選為20 kHz ο現(xiàn)以高壓分繞組的數(shù)量為20個(gè)，每個(gè)高壓分繞組與低壓繞組的匝數(shù)比為7. 5 1， 低壓繞組的交變電壓頻率為20 kHz為例作進(jìn)一步描述如下如低壓繞組的匝數(shù)設(shè)為14圈， 用寬銅箔分2組(每組7圈)同方向繞于鐵芯長(zhǎng)邊柱上的2個(gè)低壓骨架上，則每個(gè)高壓分繞組的匝數(shù)為14X7. 5 = 105圈，當(dāng)?shù)蛪豪@組與20kHz、530V交變電壓連接后，變壓器的各高壓分繞組輸出的交變電壓分別為3975V，20個(gè)高壓分繞組輸出的總電壓可達(dá)79 kv，在去除各種損耗后，經(jīng)測(cè)量的實(shí)際直流輸出額定電壓為7^v，輸出額定功率可達(dá)120kW，滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行的溫升<40°C，用該高頻變壓器比原有工頻變壓器作用于相同的電除塵器，其除塵效率可提高40%以上，在同等效率情況下，電除塵器可節(jié)電50%以上，是大型靜電除塵器高壓電源理想的升壓設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種大功率高頻高壓整流變壓器，包括鐵芯、低壓繞組、高壓繞組、整流電橋和變壓器油箱，其特征在于鐵芯選用長(zhǎng)方矩形超微晶變壓器鐵芯，低壓繞組用寬銅箔分2組同方向繞于鐵芯長(zhǎng)邊柱上的2個(gè)低壓骨架上，高壓繞組中的一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在 1個(gè)高壓線圈骨架上，高壓繞組中的另一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在另1個(gè)高壓線圈骨架上，2個(gè)高壓線圈骨架分別套裝在2個(gè)低壓繞組上，高壓繞組中的各高壓分繞組分別與各自配套的整流電橋的輸入端連接，各整流電橋的輸出端分別并聯(lián)1個(gè)固定電容，各整流電橋的輸出端依次串聯(lián)后的變壓器輸出的正壓端與變壓器外殼連接，變壓器輸出的負(fù)壓端與變壓器高壓接線端子連接，2組低壓繞組用寬銅排串聯(lián)后與10-50kHz、530V交變電壓連接，變壓器的直流輸出額定電壓為72kv，輸出功率不小于100kW，變壓器和整流電橋及固定電容安裝在變壓器油箱內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述高壓線圈骨架選用耐壓達(dá)10000V/mm的DMC材料壓鑄而成，每個(gè)骨架設(shè)有與高壓分繞組數(shù)量相等的線槽， 各高壓分繞組分別繞制在同1個(gè)線槽中，線槽壁上設(shè)有以利于散熱的導(dǎo)油孔。
3.如權(quán)利要求2所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述變壓器油箱兩側(cè)設(shè)有散熱器，變壓器油箱頂部、兩側(cè)和后部設(shè)有鋼板圍擋構(gòu)成的強(qiáng)迫風(fēng)冷通道，變壓器油箱頂部鋼板選用無(wú)磁鋼板。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述整流電橋的4個(gè)橋臂分別由不少于5個(gè)高壓高頻二極管串聯(lián)而成，各高壓高頻二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)均壓電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述高壓高頻二極管選用D07-15或TE2515或RU4D或或FR309，所述均壓電阻選用5. 1 IOM Ω，所述固定電容選用1 IOnf高壓電容。
6.如權(quán)利要求5所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于還包括電流采樣電阻、電壓采樣電阻和分壓電阻，所述電流采樣電阻串聯(lián)在正壓端與變壓器外殼之間，電流采樣電阻的輸出端與監(jiān)控電流表聯(lián)接，電壓采樣電阻與分壓電阻串聯(lián)后并聯(lián)在高壓接線端子與變壓器外殼之間，電壓采樣電阻的輸出端與監(jiān)控電壓表聯(lián)接。
7.如權(quán)利要求6所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述電流采樣電阻選用5Ω，電壓采樣電阻選用2. ^(Ω，分壓電阻選用150ΜΩ。
8.如權(quán)利要求6所述的大功率高頻高壓整流變壓器，其特征在于所述高壓繞組中的高壓分繞組的數(shù)量?jī)?yōu)選為20個(gè)，每個(gè)高壓分繞組與低壓繞組的匝數(shù)比優(yōu)選為7. 5 1，低壓繞組的交變電壓頻率優(yōu)選為20 kHz。
專利摘要本實(shí)用新型的大功率高頻高壓整流變壓器，包括鐵芯、低壓繞組、高壓繞組、整流電橋和變壓器油箱，所述鐵芯選用長(zhǎng)方矩形超微晶變壓器鐵芯，低壓繞組用寬銅箔分2組同方向繞于鐵芯長(zhǎng)邊柱上的2個(gè)低壓骨架上，高壓繞組中的一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在1個(gè)高壓線圈骨架上，高壓繞組中的另一半數(shù)量的高壓分繞組依次繞制在另1個(gè)高壓線圈骨架上，2個(gè)高壓線圈骨架分別套裝在2個(gè)低壓繞組上，高壓繞組中的各高壓分繞組分別與各自配套的整流電橋的輸入端連接，解決了高頻電源開(kāi)關(guān)因變壓器次級(jí)繞組的分布電容的反射而損壞等問(wèn)題，工作頻率范圍可達(dá)10～50kHz，其直流輸出額定電壓為72kV，輸出額定功率不小于100kW。滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行的溫升<40℃。是大型靜電除塵器高壓電源理想的升壓設(shè)備。
文檔編號(hào)H01F27/30GK202049854SQ20112013011
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者凌雁波, 劉宇芳, 張東練, 曲震, 朱紅育, 陳祥, 黃寶霞 申請(qǐng)人:南京國(guó)電環(huán)保設(shè)備有限公司