[發明專利]高壓隔離耐壓平板變壓器及其高壓絕緣方法

有效

• 申請號: 202010716068.5
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112071583B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 曹國恩;王一波;趙勇;國建鴻
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/32;H01F27/36
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

1.一種高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，該變壓器包括低壓側連接端、低壓繞組、高壓繞組、高壓繞組出線端、高壓側連接端、絕緣介質、磁芯、PCB應力控制單元、均壓元件組以及應力控制帶；

所述低壓側連接端，用于所述變壓器與外部低壓電路的連接；

所述低壓繞組，連接至所述低壓側連接端；所述高壓繞組通過所述高壓繞組出線端連接至所述高壓側連接端；

所述高壓側連接端，用于所述變壓器與外部高壓電路的連接；

所述絕緣介質，用于所述低壓繞組與所述高壓繞組之間的高壓隔離；

所述磁芯，穿過所述低壓繞組和高壓繞組的環形中空部分，構成閉合的磁路；

所述PCB應力控制單元，用于控制所述高壓繞組出線端周圍的電場分布，降低空氣中的電場強度；

所述均壓元件組，包括通過所述應力控制帶均勻分布并順次串聯在所述高壓繞組出線端和低壓繞組之間的多個均壓元件，用于提供具有梯度變化的電位。

2.根據權利要求1所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述低壓繞組和高壓繞組為PCB多層板的內層銅箔；所述低壓繞組分布于所述高壓繞組的上層和下層；所述低壓繞組的寬度完全覆蓋所述高壓繞組的寬度。

3.根據權利要求1所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述均壓元件組的各均壓元件，通過應力控制帶進行順次串聯；所述應力控制帶為PCB多層板中的多個導線；所述應力控制帶具有梯度變化的電位；所述電位由高壓繞組出線端到低壓繞組方向逐漸梯度降低。

4.根據權利要求1或3所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述均壓元件為電阻器件或電容器件中的一種。

5.根據權利要求3所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述均壓元件通過外層焊接或內層嵌入中的一種方式設置于所述PCB多層板。

6.根據權利要求3所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述高壓繞組出線端與所述應力控制帶之間通過埋孔、盲孔、通孔中的一種相連；所述應力控制帶中連接均壓元件的同一導線兩端具有相同的電位。

7.根據權利要求1所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述絕緣介質包括具有高介質擊穿場強的FR-4基板和半固化片。

8.根據權利要求1或2所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述低壓繞組為多層結構，各層之間通過埋孔相連；所述高壓繞組為一層或多層結構，各層之間通過埋孔相連。

9.根據權利要求1所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，其特征在于，所述磁芯通過導體連接到所述低壓繞組的參考地。

10.一種高壓隔離耐壓平板變壓器的高壓絕緣方法，其特征在于，基于權利要求1-9任一項所述的高壓隔離耐壓平板變壓器，該方法包括：

步驟S10，根據介質的擊穿場強、介電常數、損耗因子、熱導率和Tg值選擇PCB基板的絕緣介質材料和絕緣介質厚度；根據凝膠時間、樹脂含量選擇PCB半固化片的絕緣介質材料和絕緣介質厚度；

步驟S20，獲取高壓隔離耐壓平板變壓器的工況，并基于所述工況確定PCB絕緣介質和空氣的最大電場設計強度，作為電場強度閾值；

步驟S30，根據變壓器的原邊電壓、副邊電壓、額定功率和絕緣耐壓，確定PCB的走線形狀、過孔形式、焊盤形狀、銅箔尺寸和繞組層疊方式，確定PCB應力控制單元中應力控制帶、均壓元件的結構和數量；

步驟S40，基于絕緣介質厚度、均壓元件的結構和數量以及PCB的銅箔尺寸，通過計算、仿真或測試中的一種方法獲取PCB絕緣介質和空氣中的電場強度；

步驟S50，若所述電場強度結果高于所述電場強度閾值，則返回步驟S10進行迭代設計，直至所述電場強度低于所述電場強度閾值，獲得高隔離耐壓平板變壓器的高壓絕緣參數。