本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，尤其涉及一種三繞組自藕變壓器及其制造方法。
背景技術(shù)：
自耦的耦是電磁耦合的意思，普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量，原副邊沒有直接電的聯(lián)系，自耦變壓器原副邊有直接電的聯(lián)系，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。
在國內(nèi)已申請(qǐng)的相關(guān)專利中，沒有關(guān)于三繞組自藕變壓器的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供損耗小、轉(zhuǎn)換效率高、電磁屏蔽性好、絕緣性好、性價(jià)比高、使用壽命長的三繞組自藕變壓器及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種三繞組自藕變壓器的制造方法，包括以下步驟：
1）各部件的選用和準(zhǔn)備
①骨架選用與日字形磁芯匹配的氮化鋁基陶瓷骨架，選用標(biāo)準(zhǔn)為：體積電阻率≥2×1013Ω?cm、介電強(qiáng)度≥750kV/cm、熱導(dǎo)率≥25W/m·K、抗彎強(qiáng)度≥400Mpa、楊氏模數(shù)≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；
②磁芯選用標(biāo)準(zhǔn)日字形硅鋼片磁芯；
③屏蔽罩采用鋁合金制成，采用全封閉結(jié)構(gòu)；
④封裝材料采用環(huán)氧樹脂；
⑤繞組采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
⑥強(qiáng)化絕緣材料選用熱硫化型硅橡膠；
⑦絕緣傳熱填料選用特制的氧化鋁陶瓷顆粒；
2）帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為2.5-3：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm-0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為1.5bar-2bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm-15mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度750℃-800℃，處理時(shí)間5min -10min，后炭化處理溫度1500℃-1600℃，處理時(shí)間5min -8min，即獲得待用碳纖維；
⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標(biāo)準(zhǔn)方法編織成待處理碳纖維線；
⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)方法浸潤足量1140環(huán)氧聚酯，干結(jié)后獲得所需帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
3）氧化鋁陶瓷顆粒的加工處理
①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比58%-65%的氯化鋁溶液；
②將步驟①獲得的盛有氯化鋁溶液的容器進(jìn)行高頻振動(dòng)，再將氨水霧化后均勻緩慢地通入步驟①制備的氯化鋁溶液中，獲得待處理溶液；
③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動(dòng)30min-40min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于25℃-30℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌30min-40min，獲得預(yù)制溶液；
④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值4.8-5.2，獲得原始溶膠液；
⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于70℃-80℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；
⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加3-5%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；
⑦采用無水乙醇對(duì)步驟⑥獲得的待處理溶膠進(jìn)行反復(fù)沖洗，至洗凈，獲得待用溶膠；
⑧將步驟⑦獲得的待用溶膠置于480℃-550℃下進(jìn)行煅燒至成顆粒，所獲得的顆粒即為所需氧化鋁陶瓷顆粒；
4）三繞組自藕變壓器的加工與裝配
①將磁芯放置于氮化鋁基陶瓷骨架中，采用環(huán)氧樹脂固定；
②將帶絕緣漆的碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架上，最優(yōu)電壓分配為：初級(jí)繞組電壓：次級(jí)繞組電壓：第三繞組電壓為5：3：2；在初級(jí)繞組、次級(jí)繞組、第三繞組相互之間的結(jié)合處及其它短路點(diǎn)涂封熱硫化型硅橡膠，獲得絕緣加強(qiáng)芯子部件；
③將步驟②獲得的絕緣加強(qiáng)芯子部件采用環(huán)氧樹脂封裝；
④采用鋁合金屏蔽罩將整個(gè)三繞組自藕變壓器封裝，并在鋁合金屏蔽罩內(nèi)間隙中填充滿3）中步驟⑧獲得的氧化鋁陶瓷顆粒，即獲得待處理三繞組自藕變壓器；
4）三繞組自藕變壓器的穩(wěn)定化處理
①將3）中步驟③獲得的待處理三繞組自藕變壓器放置于冷凍箱中，溫度不高于-70℃，保溫20min-30min，獲得冷處理三繞組自藕變壓器；
②步驟①完成后，將步驟①獲得的冷處理三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫，然后放入烘箱中，以不高于2℃/min的升溫速率升至100℃-105℃，保溫25min-30min，獲得熱循環(huán)三繞組自藕變壓器；
③將步驟②獲得的熱循環(huán)三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫；
④反復(fù)進(jìn)行①~③工序兩次，即獲得所需三繞組自藕變壓器。
上述一種三繞組自藕變壓器的制造方法制造的三繞組自藕變壓器，包括骨架、繞組、磁芯、屏蔽罩、封裝材料；骨架為氮化鋁陶瓷骨架；繞組采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組間結(jié)合點(diǎn)封涂熱硫化型硅橡膠絕緣材料；在屏蔽罩和其它部件的間隙內(nèi)填充有氧化鋁陶瓷顆粒；屏蔽罩采用了鋁合金制作，全封閉結(jié)構(gòu)封裝。
該三繞組自藕變壓器，其絕緣區(qū)域的平均體積電阻率不低于1×1012Ω?cm，屏蔽級(jí)別不低于T級(jí)，功率容量為常規(guī)同體積自藕變壓器的至少10倍。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：常規(guī)技術(shù)中，由于成本考慮，自藕變壓器采用最低級(jí)的材料制備，如絕緣漆為普通絕緣漆、繞組采用工業(yè)銅材、屏蔽罩采用鐵制材料、骨架采用一般塑料等，因此就其本身體積重量而言，其銅損、鐵損還是較大，壽命較短，另一方面，由于短路電流本身大，而作為三繞組自藕變壓器，短路電壓更大，是制約其使用的最關(guān)鍵因素，但由于常規(guī)技術(shù)中采用的絕緣材料和繞組材料均無法突破現(xiàn)有瓶頸，因此使用范圍小、性能差、無法承載高壓；本發(fā)明在常規(guī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，選用了熱硫化型硅橡膠，其體積電阻率不低于2×1015Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于200kV/cm、長時(shí)工作溫度范圍-55~180℃，可以很好地加強(qiáng)限制自藕變壓器容量性能的絕緣性能，使工作區(qū)域不易因電流短路被損壞，從根本上在繞組間結(jié)合點(diǎn)封涂自藕變壓器的使用壽命和絕緣性能；選用了特制的碳纖維線制成繞組，其電阻率遠(yuǎn)低于銅材，且在封裝條件下更不易老化、發(fā)熱或電離而損耗，因此自損耗低，由于碳纖維線的電學(xué)性能本身不受磁場和溫度影響，也使本發(fā)明的自藕變壓器使用性能更穩(wěn)定、持久；由于選用了特制的氧化鋁陶瓷顆粒，根據(jù)要求研究，氧化鋁陶瓷顆粒小于一定粒度后，在同等條件下，其熱阻抗反而小于其它材料，且具有干凈、長壽命、無污染、易清潔的特性，使得本發(fā)明的自藕變壓器在擴(kuò)容后不會(huì)因?yàn)槌瑴囟?，同時(shí)在日常工作中還起著防塵防老化的作用，同時(shí)還采用了鋁制全封閉式屏蔽罩，使整體屏蔽效果和散熱效果遠(yuǎn)強(qiáng)于鐵制材料，因此本發(fā)明的自藕變壓器屏蔽性很好。
附圖說明
圖中：屏蔽罩1、氧化鋁陶瓷顆粒2、陶瓷骨架3、磁芯4、繞組5、強(qiáng)化絕緣材料6。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種三繞組自藕變壓器，包括骨架、繞組5、磁芯4、屏蔽罩1、封裝材料，其中：骨架為氮化鋁陶瓷骨架3；繞組5采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組5間結(jié)合點(diǎn)封涂熱硫化型硅橡膠絕緣材料；在屏蔽罩1和其它部件的間隙內(nèi)填充有氧化鋁陶瓷顆粒2；屏蔽罩1采用了鋁合金制作，全封閉結(jié)構(gòu)封裝。
該三繞組自藕變壓器的制造方法，包括以下步驟：
1）各部件的選用和準(zhǔn)備
①骨架選用與日字形磁芯4匹配的氮化鋁基陶瓷骨架3，選用標(biāo)準(zhǔn)為：體積電阻率≥2×1013Ω?cm、介電強(qiáng)度≥750kV/cm、熱導(dǎo)率≥25W/m·K、抗彎強(qiáng)度≥400Mpa、楊氏模數(shù)≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；
②磁芯4選用標(biāo)準(zhǔn)日字形硅鋼片磁芯4；
③屏蔽罩1采用鋁合金制成，采用全封閉結(jié)構(gòu)；
④封裝材料采用環(huán)氧樹脂；
⑤繞組5采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
⑥強(qiáng)化絕緣材料6選用熱硫化型硅橡膠；
⑦絕緣傳熱填料選用特制的氧化鋁陶瓷顆粒2；
2）帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為2.5：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為1.5bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度750℃，處理時(shí)間5min，后炭化處理溫度1500℃，處理時(shí)間5min，即獲得待用碳纖維；
⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標(biāo)準(zhǔn)方法編織成待處理碳纖維線；
⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)方法浸潤足量1140環(huán)氧聚酯，干結(jié)后獲得所需帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
3）氧化鋁陶瓷顆粒2的加工處理
①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比58%的氯化鋁溶液；
②將步驟①獲得的盛有氯化鋁溶液的容器進(jìn)行高頻振動(dòng)，再將氨水霧化后均勻緩慢地通入步驟①制備的氯化鋁溶液中，獲得待處理溶液；
③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動(dòng)30min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于25℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌30min，獲得預(yù)制溶液；
④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值4.8，獲得原始溶膠液；
⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于70℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；
⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加3%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；
⑦采用無水乙醇對(duì)步驟⑥獲得的待處理溶膠進(jìn)行反復(fù)沖洗，至洗凈，獲得待用溶膠；
⑧將步驟⑦獲得的待用溶膠置于480℃下進(jìn)行煅燒至成顆粒，所獲得的顆粒即為所需氧化鋁陶瓷顆粒2；
4）三繞組自藕變壓器的加工與裝配
①將磁芯4放置于氮化鋁基陶瓷骨架3中，采用環(huán)氧樹脂固定；
②將帶絕緣漆的碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架3上，最優(yōu)電壓分配為：初級(jí)繞組5電壓：次級(jí)繞組5電壓：第三繞組5電壓為5：3：2；在初級(jí)繞組5、次級(jí)繞組5、第三繞組5相互之間的結(jié)合處及其它短路點(diǎn)涂封熱硫化型硅橡膠，獲得絕緣加強(qiáng)芯子部件；
③將步驟②獲得的絕緣加強(qiáng)芯子部件采用環(huán)氧樹脂封裝；
④采用鋁合金屏蔽罩1將整個(gè)三繞組自藕變壓器封裝，并在鋁合金屏蔽罩1內(nèi)間隙中填充滿3）中步驟⑧獲得的氧化鋁陶瓷顆粒2，即獲得待處理三繞組自藕變壓器；
4）三繞組自藕變壓器的穩(wěn)定化處理
①將3）中步驟③獲得的待處理三繞組自藕變壓器放置于冷凍箱中，溫度-70℃，保溫20min，獲得冷處理三繞組自藕變壓器；
②步驟①完成后，將步驟①獲得的冷處理三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫，然后放入烘箱中，以2℃/min的升溫速率升至100℃，保溫25min，獲得熱循環(huán)三繞組自藕變壓器；
③將步驟②獲得的熱循環(huán)三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫；
④反復(fù)進(jìn)行①~③工序兩次，即獲得所需三繞組自藕變壓器。
根據(jù)本實(shí)施例生產(chǎn)的三繞組自藕變壓器樣品，其絕緣區(qū)域的平均體積電阻率不低于1×1013Ω?cm，屏蔽級(jí)別T級(jí)，功率容量為常規(guī)同體積自藕變壓器的至少16倍。
實(shí)施例2：
一種三繞組自藕變壓器，包括骨架、繞組5、磁芯4、屏蔽罩1、封裝材料，其中：骨架為氮化鋁陶瓷骨架3；繞組5采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組5間結(jié)合點(diǎn)封涂熱硫化型硅橡膠絕緣材料；在屏蔽罩1和其它部件的間隙內(nèi)填充有氧化鋁陶瓷顆粒2；屏蔽罩1采用了鋁合金制作，全封閉結(jié)構(gòu)封裝。
該三繞組自藕變壓器的制造方法，包括以下步驟：
1）各部件的選用和準(zhǔn)備
①骨架選用與日字形磁芯4匹配的氮化鋁基陶瓷骨架3，選用標(biāo)準(zhǔn)為：體積電阻率≥2×1013Ω?cm、介電強(qiáng)度≥750kV/cm、熱導(dǎo)率≥25W/m·K、抗彎強(qiáng)度≥400Mpa、楊氏模數(shù)≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；
②磁芯4選用標(biāo)準(zhǔn)日字形硅鋼片磁芯4；
③屏蔽罩1采用鋁合金制成，采用全封閉結(jié)構(gòu)；
④封裝材料采用環(huán)氧樹脂；
⑤繞組5采用帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
⑥強(qiáng)化絕緣材料6選用熱硫化型硅橡膠；
⑦絕緣傳熱填料選用特制的氧化鋁陶瓷顆粒2；
2）帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為3：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為2bar，噴頭與凝固浴液面距離為15mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度800℃，處理時(shí)間10min，后炭化處理溫度1600℃，處理時(shí)間8min，即獲得待用碳纖維；
⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標(biāo)準(zhǔn)方法編織成待處理碳纖維線；
⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)方法浸潤足量1140環(huán)氧聚酯，干結(jié)后獲得所需帶1140環(huán)氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；
3）氧化鋁陶瓷顆粒2的加工處理
①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比65%的氯化鋁溶液；
②將步驟①獲得的盛有氯化鋁溶液的容器進(jìn)行高頻振動(dòng)，再將氨水霧化后均勻緩慢地通入步驟①制備的氯化鋁溶液中，獲得待處理溶液；
③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動(dòng)40min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于30℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌40min，獲得預(yù)制溶液；
④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值5.2，獲得原始溶膠液；
⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于80℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；
⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加5%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；
⑦采用無水乙醇對(duì)步驟⑥獲得的待處理溶膠進(jìn)行反復(fù)沖洗，至洗凈，獲得待用溶膠；
⑧將步驟⑦獲得的待用溶膠置于550℃下進(jìn)行煅燒至成顆粒，所獲得的顆粒即為所需氧化鋁陶瓷顆粒2；
4）三繞組自藕變壓器的加工與裝配
①將磁芯4放置于氮化鋁基陶瓷骨架3中，采用環(huán)氧樹脂固定；
②將帶絕緣漆的碳纖維線按標(biāo)準(zhǔn)纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架3上，最優(yōu)電壓分配為：初級(jí)繞組5電壓：次級(jí)繞組5電壓：第三繞組5電壓為5：3：2；在初級(jí)繞組5、次級(jí)繞組5、第三繞組5相互之間的結(jié)合處及其它短路點(diǎn)涂封熱硫化型硅橡膠，獲得絕緣加強(qiáng)芯子部件；
③將步驟②獲得的絕緣加強(qiáng)芯子部件采用環(huán)氧樹脂封裝；
④采用鋁合金屏蔽罩1將整個(gè)三繞組自藕變壓器封裝，并在鋁合金屏蔽罩1內(nèi)間隙中填充滿3）中步驟⑧獲得的氧化鋁陶瓷顆粒2，即獲得待處理三繞組自藕變壓器；
4）三繞組自藕變壓器的穩(wěn)定化處理
①將3）中步驟③獲得的待處理三繞組自藕變壓器放置于冷凍箱中，溫度-80℃，保溫30min，獲得冷處理三繞組自藕變壓器；
②步驟①完成后，將步驟①獲得的冷處理三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫，然后放入烘箱中，以1.5℃/min的升溫速率升至105℃，保溫30min，獲得熱循環(huán)三繞組自藕變壓器；
③將步驟②獲得的熱循環(huán)三繞組自藕變壓器置于室溫下，至其溫度回復(fù)至室溫；
④反復(fù)進(jìn)行①~③工序兩次，即獲得所需三繞組自藕變壓器。
根據(jù)本實(shí)施例生產(chǎn)的三繞組自藕變壓器樣品，其絕緣區(qū)域的平均體積電阻率5×1013Ω?cm，屏蔽級(jí)別T級(jí)，功率容量為常規(guī)同體積自藕變壓器的22倍。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。