Discussion sur la conception de la structure et du processus du transformateur d'impulsions haute tension

2022-10-09


  Les transformateurs d'impulsions haute tension sont largement utilisés dans les domaines du radar, de la physique des hautes énergies, de la protection de l'environnement et du dépoussiérage, des accélérateurs d'électrons linéaires et d'autres domaines techniques. À mesure que la tension devient de plus en plus élevée (généralement de dizaines de kilovolts à des centaines de kilovolts), les exigences relatives à la forme d'onde deviennent de plus en plus strictes et la mise en œuvre du projet devient de plus en plus difficile. Pour le développement réussi d'un transformateur d'impulsions haute tension, la garantie de conception et de calcul est d'une part, et la conception structurelle, la conception du processus et le traitement du processus lors du traitement sont également cruciaux. Pour les transformateurs d'impulsions haute tension, des coins pointus ou des bavures aux points fins peuvent provoquer une panne du transformateur pendant le fonctionnement et le transformateur ne peut pas fonctionner normalement en raison de dommages. Ce qui suit présentera les problèmes qui doivent être pris en compte et remarqués dans le processus de mise en œuvre du point de vue de la structure et du processus.


1. Conception structurelle


a) Structure d'enroulement


  Le critère de conception du transformateur d'impulsions est d'assurer le coefficient de transmission d'énergie maximal et la distorsion minimale de la forme d'onde d'impulsion pour la charge, il est donc nécessaire d'obtenir une inductance de fuite appropriée et des paramètres de capacité distribués grâce à une conception raisonnable. La forme de l'enroulement détermine en grande partie les paramètres de distribution (inductance de fuite et capacité distribuée) du transformateur d'impulsions. Il existe trois structures de bobinage courantes : le bobinage cylindrique, le bobinage circulaire et le bobinage annulaire. La structure spécifique doit être examinée de manière globale.


  Les ingénieurs qui conçoivent le transformateur d'impulsions savent que l'inductance de fuite est l'un des paramètres importants du transformateur d'impulsions et que l'inductance de fuite affecte directement les caractéristiques de bord d'attaque de la forme d'onde d'impulsion de sortie. Pour réduire l'inductance de fuite, en plus de réduire le nombre de spires primaires et la distance d'isolation, l'une des méthodes les plus efficaces consiste à augmenter le nombre de groupes d'enroulements alternatifs M de l'enroulement primaire. Cependant, pour des transformateurs d'impulsions haute tension de centaines de kilovolts, l'enroulement alternatif de l'enroulement primaire est difficile à réaliser le traitement d'isolation de tension de tenue, ce qui augmente le risque de claquage de tenue en tension du transformateur. L'épaisseur d'isolation intercouche de l'enroulement d'un transformateur d'impulsions ordinaire est constante. D'une manière générale, l'enroulement primaire est enroulé sur une ou plusieurs couches. La distance d'isolation entre les étages primaires est déterminée par la tension la plus élevée appliquée entre eux.


  Afin de répondre aux exigences de l'alimentation pulsée haute tension en matière de faible inductance de fuite et de tension de tenue élevée du transformateur d'impulsions, les enroulements doivent être raisonnablement configurés. Nous utilisons généralement des enroulements cylindriques et les enroulements secondaires utilisent une structure de bobine haute tension asymétrique, c'est-à-dire que les spires des bobines secondaires sont uniformément réparties sur deux pôles magnétiques du noyau magnétique. Selon le principe selon lequel la tension de sortie augmente dans la même proportion avec le nombre de spires secondaires, la distance d'isolation △ 1 de la première bobine demi-tour (appelée boîtier basse tension en abrégé) est utilisée pour concevoir le circuit haute tension. paquet de tension △ 2 × 1, ce qui permet d'économiser la largeur de la fenêtre du noyau magnétique et le coût du noyau magnétique. Tout en garantissant la résistance à la tension de tenue de l'isolation, il réduit également l'inductance de fuite du transformateur d'impulsions, ce qui améliore non seulement la forme d'onde de sortie, mais améliore également l'efficacité de transmission de la forme d'onde. La structure de bobine asymétrique est illustrée à la figure 1.


Feuille époxy 3240


  L'autre type de structure d'enroulement est l'enroulement conique, qui est une structure nouvelle et est généralement utilisé dans les situations où la tension d'impulsion de sortie est de 250 kV. Il utilise la caractéristique de chute de gradient équipotentiel entre les enroulements du transformateur d'impulsions et distribue la structure d'isolation principale en fonction du gradient équipotentiel, de sorte que la longueur du circuit magnétique du noyau de fer puisse être réduite et le volume du noyau de fer peut être réduit d'autant lorsque la section du noyau de fer reste inchangée. Cela peut également réduire la longueur moyenne de tour du bobinage. Par rapport au bobinage à fenêtre rectangulaire, l'inductance de fuite est réduite d'environ 1/2. La capacité distribuée augmente peu. En raison du taux de transformation élevé, la capacité totale (y compris la capacité de charge) n'augmente que de 3.5 %, alors qu'elle diminue d'environ 23 % en proportion directe du temps d'avance ? Par conséquent, la structure d'enroulement conique peut être utilisée pour concevoir un transformateur d'impulsions avec un petit volume, un poids léger et une bonne forme d'onde d'impulsion de sortie.


Voir la figure 2 pour le schéma de structure de l'enroulement conique


Feuille de résine époxy 3240


b) Conception de la structure d'isolation


je. Sortie primaire


  Généralement, la tension d'impulsion de sortie secondaire du transformateur d'impulsions haute tension est supérieure à 100 kV. La structure du transformateur est conçue car les plateaux supérieur et inférieur sont comprimés avec quatre vis et les plateaux inférieurs sont fixés avec des trous d'installation réservés. Le squelette secondaire doit être complètement aérien avec l'enroulement primaire, et le squelette aérien doit être positionné dans la fente limite des plaques de pressage supérieure et inférieure pour assurer la distance d'isolation avec la bobine primaire, de manière à améliorer la fiabilité d'isolation du transformateur. . Le courant primaire du transformateur d'impulsions haute tension est très important et le courant de crête est généralement de plusieurs milliers d'ampères. La sortie doit être connectée avec des barres de cuivre épaisses. Afin d'augmenter la distance entre celui-ci et l'enroulement secondaire haute tension, la sortie doit être séparée autant que possible. Nous utilisons les barres de cuivre en ligne pour sortir directement à travers le plateau supérieur et ouvrons avec précision une fente de sortie fine et longue sur le plateau supérieur, ce qui augmente non seulement la distance entre la sortie primaire et la sortie secondaire, mais également facilite la connexion lors du montage de l'alimentation impulsionnelle.


ii. Matériau isolant


  La tension de sortie secondaire du transformateur d'impulsions est très élevée. Compte tenu de la marge de conception, de l'allumage et d'autres conditions anormales, l'isolation et la tension de tenue du secondaire du transformateur d'impulsions au primaire et à la terre sont généralement conçues selon les exigences de tension de sortie de 1.2 à 1.4 dong. La bobine primaire est de structure aérienne et le matériau isolant principal est de l'huile de transformateur 45 #. La distance d'isolation aérienne à la différence de tension la plus élevée entre les enroulements primaire et secondaire est d'environ 5 kV/mm. Le matériau du squelette secondaire du transformateur d'impulsions haute tension conventionnel est généralement constitué de Feuille époxy 3240. La surface du squelette est plate. Lorsque la bobine est enroulée, les fils entre les spires sont étroitement connectés et le processus d'enroulement est difficile. Nous choisissons le panneau époxy de la série EPGC 201 comme matériau de squelette secondaire. Par rapport au conventionnel Feuille de résine époxy 3240, le panneau époxy EPGC est plus dense, difficile à délaminer et offre des performances d'isolation plus fiables sous un champ électrique à haute tension.


Feuille époxy 3240


  Comme la tension de sortie du transformateur est élevée, le rapport de transformation du transformateur est également grand, c'est-à-dire que le nombre de tours de l'enroulement secondaire est également grand. Nous insérons le squelette secondaire en fonction du nombre de tours et fixons la valeur limite de chaque tour du squelette secondaire pour garantir la distance entre les tours, de manière à minimiser le problème de tension de tenue entre les tours provoqué par les opérations de production.



  Afin d'éviter le problème de panne du transformateur qui peut être causé par des coins pointus ou des bavures du cadre et des éléments structurels d'installation, nous exigeons que tous les coins des éléments structurels soient chanfreinés avec R Υ Pour éviter les décharges de pointe haute tension et les rayures. la couche isolante du fil pendant le processus de production de bobinage.


iii. Mise à la terre multipoint du noyau de fer


  Afin de rendre le transformateur d'impulsions plus fiable lors du travail à haute tension et d'éviter la suspension et l'électrification du noyau de fer lors du travail à haute tension, le noyau de fer est généralement mis à la terre séparément. Après la mise à la terre multipoint, le noyau de fer est acheminé vers les quatre tiges de traction métalliques installées et reliées avec le fil de terre pour garantir que toutes les pièces métalliques sont au même sol.


2. Planification des processus


  La plupart des transformateurs d'impulsions haute tension utilisent de l'huile de transformateur comme principal matériau isolant. Théoriquement, la résistance à la tension de tenue de l'huile de transformateur est très élevée, jusqu'à 55 kV/2.5 mm (une distance d'huile standard). Cependant, dans les applications techniques pratiques, la tension de tenue de l'huile de transformateur dépend principalement de son processus de traitement d'isolation et de son processus de remplissage d'huile sous vide, qui sont décrits ci-dessous.


  a) Processus de traitement d'isolation de l'huile de transformateur


  Il existe de l'huile de transformateur 25 # et de l'huile de transformateur 45 #. La principale différence est que le point de congélation à basse température est différent. Nous utilisons généralement de l’huile de transformateur 45#. L'huile du transformateur doit être traitée avant chaque utilisation. La tension de claquage de l'huile traitée ne doit pas être inférieure à une décharge standard de 50 kV/2.5 mm. Le remplissage d'huile sous vide du transformateur d'impulsions haute tension ne peut être effectué qu'après qualification de l'inspection. Les précautions pour le traitement de l’isolation de l’huile du transformateur comprennent principalement :


  je. L'atelier doit être propre, sec, dépoussiéré et bien aéré.


  ii. Les conteneurs pour l'huile de transformateur et les équipements de traitement de l'huile (tels que filtre-presse, cuiseur sous vide, etc.) doivent être propres, secs et scellés.


  iii. Faites attention à éviter que des gouttes d'eau, des fibres de fil de coton ou d'autres saletés et impuretés ne tombent dans l'huile du transformateur. Ne parlez pas à l'huile du transformateur pour éviter que la salive n'y éclabousse.


  iv. L'huile du compresseur est séchée sous vide dans une cuve à vide, pressurisée et chauffée, à une température de 85 ± 5 ℃ et un temps de maintien général de 12 heures. Le temps de maintien est déterminé selon que le test de tension de claquage de l'échantillon d'huile est qualifié.


b) Processus de remplissage d'huile sous vide


  Afin de garantir que le transformateur d'impulsions haute tension produit peut répondre à la résistance à la tension de tenue conçue, l'huile du transformateur doit être injectée dans un environnement sous vide. En règle générale, le remplissage d'huile sans vide n'est pas autorisé. Il est impossible d'éliminer les bulles dans le serpentin de remplissage d'huile sans passer l'aspirateur, ce qui réduirait considérablement les performances d'isolation du transformateur.


  je. Séchage : Le transformateur nettoyé doit être séché pendant 4 à 8 heures dans un four thermostatique à air soufflé de 110 ± 5 ℃ (en fonction de la taille et du poids de l'élément).


  ii. Test de résistance d'isolement : sans sortir le four, utilisez un mégohmmètre de 1000 V pour mesurer la résistance d'isolement entre les enroulements de tout transformateur et entre les enroulements et les coques, qui ne doit pas être inférieure à 100 mégohms (notez que la température doit être de 110 ± 5 ℃) . Si la résistance d'isolement est inférieure à 100 mégohms, continuez à sécher jusqu'à ce qu'elle dépasse cette valeur.


  iii. Remplissage d'huile sous vide : la température de séchage sous vide est de 100 à 105 ℃, la pression résiduelle est inférieure à 5 mm de colonne de mercure et la durée est de 6 à 10 heures. L'huile de transformateur qualifiée doit être pompée et le niveau d'huile doit couvrir le transformateur d'environ 40 mm.


3. Conclusion


  La production réussie d'un transformateur d'impulsions haute tension nécessite non seulement une conception théorique minutieuse et détaillée pour garantir sa tenue en tension, mais également une planification détaillée de la structure et du processus. Ce n'est qu'en manipulant les détails de l'opération du processus pendant le processus de production que la tension de tenue et les performances d'isolation peuvent être garanties. Par conséquent, le problème du processus est très important et chaque ingénieur doit y prêter attention.


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