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行业知识

开关电源变压器屏蔽结构设计

作者:薹戈电子点击:345 发布时间:2022-12-15

  随着开关电源变压器容量的增加,结构件过热问题越来越突出。chaogao压大容量开关电源变压器的屏蔽措施成为解决开关电源变压器过热问题的关键。如果设计中没有仔细考虑屏蔽结构,可能会导致结构部件局部过热。

长时间过热会造成绝缘部分和开关电源变压器油老化,绝缘和结构部分烧毁,无疑会对开关电源变压器的anquan运行造成jida的危害。在设计过程中应充分认识这些问题,以便进行有针对性的计算,采用合理、经济的屏蔽结构设计方案。

电源变压器

  一、常见过热问题

开关电源变压器正常发热主要来自铁损和铜损,由冷却系统耗散。当局部加热集中,散热能力达不到要求时,就会发生局部过热。开关电源变压器局部过热的现象多种多样,原因也是多方面的,这里就不详细说了。

对于大容量开关电源变压器,由于漏磁zengda,结构件涡流和环流导致局部过热是设计过程中需要解决的技术问题。

二、线圈主漏磁导致局部过热

由于油箱壁一般采用钢板制成,属于铁磁材料,线圈纵向主漏磁会穿过油箱壁,造成油箱壁铁损,不仅会增加开关电源变压器的附加损耗,还会造成油箱壁过热。大容量开关电源变压器经常在油箱内壁沿漏磁方向加磁屏蔽,传导主漏磁。

磁屏蔽材料为电工钢带。利用其优良的导磁能量,使漏磁通可以不通过油箱壁而通过磁屏蔽,从而达到降低油箱壁内损耗,避免局部过热的目的,同时对降低开关电源变压器附加损耗有非常明显的效果。图1是三相集成720MVA/500kV开关电源变压器线圈的主漏磁分布计算。

由于功率开关电源变压器电压的增加,为了节省绝缘距离,国内500kV及以上的交流功率开关电源变压器常采用中间出线结构。对于高压引线从油箱中部引出的中间出线结构,需要打开线圈中部对应的油箱壁,高压引线才能引出,导致线圈主漏磁路径断开。

如果仍然使用油箱磁屏蔽,由于开口部分断开,磁力线会绕过中间开口,集中穿过开口边缘,导致油箱壁开口边缘的磁密度zengda,造成局部过热。这种结构的开关电源变压器使用油箱磁屏蔽原则上是不合理的。这种结构的大容量电力开关电源变压器机组已经有好几个了,导致过热。

改进后,在开关电源变压器高压侧箱壁内侧增加了电屏蔽。电屏蔽由铜板或铝板制成。由于其良好的导电性,漏磁通时会产生涡流。铜和铝是非导磁材料,感应的涡流电动势不是很大。而且其散热性能优于钢板,避免了自身过热的可能,并利用电屏蔽感应相反方向的磁势,防止漏磁穿透,减少进入。

  三相一体720MVA/500kV开关电源变压器高压出口位置油罐壁内侧铜屏蔽涡流损耗计算结果。为温升试验过程中的红外扫描照片,试验结果与计算吻合较好。

从涡流分布和矢量图可以看出,对油箱涡流的主要影响是线圈端部肢板磁屏蔽导出的横向主漏磁通,上下方向相反,形成漏磁回路。它产生的涡流是上下环形回路,内环较小,外环较大,方向相反;从图中可以看出,由于开孔,涡流电路由圆形变为椭圆形。

因此,涡流集中在开口的上端和下端,使得这两个位置的涡流更大,温升更高。由于这种趋势无法改变,一种有效合理的方法是在这里增加电屏蔽的厚度,以产生导流效果,从而降低这里的涡流密度,达到降低温升的目的。

实验表明,6mm铜板可以屏蔽75个点以上的主漏磁,所以常用的铜屏蔽为4-6mm,ji限不超过10mm。总的来说,厚度过大的铜屏蔽是不科学的。

与磁屏蔽相比;因为磁屏蔽是导磁的,磁力线会被磁屏蔽吸引。铺设磁屏蔽时,磁屏蔽内的磁密度会控制在一定的标准内,不会出现过热现象;并且磁屏蔽边缘的油箱壁中的磁密度相对较低。

电屏蔽是反磁的,增加了漏磁路径的磁阻,磁力线会弯曲到磁阻相对较低的部位,导致电屏蔽边缘的油箱壁磁密度相对较高。所以在敷设电屏蔽时要充分考虑这一点,这样可以适当扩大敷设范围。

对于双柱甚至三柱平行结构的开关电源变压器来说,由于相邻两柱的线圈磁势有180°的相角,所以油箱壁产生的纵向漏磁是相反的,两柱之间油箱壁产生的纵向漏磁是偏移的,但是横向漏磁是叠加的,所以会产生明显的横向漏磁。

相邻两列三相开关电源变压器线圈磁势有120°的相角,也在列与列之间的位置产生较大的横向漏磁。为了解决横向漏磁问题,可以在该区域使用低磁性材料的盒壁来阻挡横向漏磁路径;在末端布置横向磁屏蔽也是一种可选方案。

  三、总结

以上是我对大功率开关电源变压器屏蔽结构的一些看法,很多已经应用到产品中,取得了比较理想的效果。上述一些措施会增加制造成本,因此应对不同的产品进行必要的分析和计算,并有重点、有针对性地采取措施,以采用经济、优秀的设计方案。


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