连环耦合高电压冲击隔离变压器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种隔离变压器技术领域，原边绕组均匀地绕制在圆环形铁芯上构成原边铁芯线圈，副边绕组以松耦合绕制成一个紧密的束状圆环构成副边空心线圈，上述两个直径相近的圆环形线圈穿过各自的圆心部位构成连环状外观，它们之间的空气介质间隙构成主绝缘，采用空气介质间隙作为隔离变压器的主绝缘，能有效地对高频率或脉冲高电压、高电位进行隔离或衰减，可靠地保护经不起稍高电压冲击的脆弱的复杂电子监测设备。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种隔离变压器
，它用于保护电力系统在线监测装置。高电压隔离变压器，是用于向电子或电气测量仪器、仪表系统提供交流电源电压的同时，使之免受特定范围内相关联的高电位或高电压伤害的常用设备之一。它可以阻断从所联接的原边或副边系统传导而来的直流、工频交流、高频交流、连续或瞬态脉冲高电位、高电压对监测装置可能产生的损害；或将可能产生损害的危险高电位、高电压的强度衰减至允许的安全范围以内而不伤害被保护的监测装置。现有的各种高电压隔离变压器，基本上都是采用固体绝缘材料作为主绝缘结构。由于固体绝缘材料的介电常数较大，这种结构的主绝缘往往具有数值相当大的寄生电容量，它在高频交流或瞬态脉冲高电压下的容性阻抗值较低；而且等效频率或电压变化率越高，等效容抗就越低。在高频下，现有的各种隔离变压器的主绝缘将形成低容抗导电通道，当高频或脉高电压的强度超过某种限度时，它将丧失对被保护对象的保护能力，使其受到伤害，隔离变压器形同虚设！它们虽然对直流、低频或工频交流的稳态高电位、高电压能起到防护作用，但这类电压也往往会产生过渡瞬变过程，从而有可能产生高强度的高频高压分量，导致被保护设备受到伤害。无法良好而有效地完成关键性的隔离任务对电气过渡过程中产生的高频或脉冲高压进行有效的隔离，以保护经不起稍高电压冲击的脆弱的电子或电气测量仪器、仪表、监测系统不受侵害。针对上述现有的技术存在的不足之处，本技术提出一种连环耦合高电压冲击隔离变压器，它采用空气介质间隙作为隔离变压器的主绝缘，能有效地对高频率或脉冲高电压、高电位进行隔离或衰减，可靠地保护经不起稍高电压冲击的脆弱的复杂电子监测设备。本技术通过以下技术措施达到本隔离变压器包括原、副边线圈及其固定支持骨架构成辅助绝缘，原边绕组均匀地绕制在圆环形铁芯上构成原边铁芯线圈，副边绕组以松耦合绕制成一个紧密的束状圆环构成副边空心线圈，上述两个直径相近的圆环形线圈穿过各自的圆心部位构成连环状外观，它们之间的空气介质间隙构成主绝缘。原、副边线圈间的主绝缘空气间隙最小不少于5厘米，且原、副边线圈最近的各点之间有相同的空气间隙距离；变压器外壳采用高强度的非金属绝缘板材制成。本技术的优点及其积极效果采用空气介质间隙作为原、副边线圈之间的主绝缘，由于空气的介电常数很小，在同等尺寸下具有的寄生电容数值也小。当产品设计的容许隔离电压值增高时，主绝缘空气介质间隙也随之增加，相应的寄生电容值也减小。这种绝缘结构，对高频率或脉冲高电压高电位的隔离与衰减作用十分有利，使其实际隔离效果有着根本性的十分显著的提高，能可靠地保护经不起稍高电压冲击的脆弱的复杂电子监测设备。本技术与所有传统的隔离变压器相比，由于采用空气主绝缘以使寄生电容量减至最低限度，从而获得了在高频或脉冲高电压下的有效隔离作用，并且具有数万伏以上的高抗电强度，此外，它还具有传统隔离变压器所能完成的全部功能，这是应用电磁感应原理的变压器隔离高电压最基本的要求。本技术下面结合实施例及其附图作进一步说明。附图说明图1为原、副边线圈固定在支持骨架上的结构示意图；图2为环形原边铁芯线圈与副边空芯环形线圈之间的位置关系示意图；图3为原、副边线圈电磁耦合等值电路图，图4为原、副边线圈工频等值电路图；图5为原副边线圈高频等值电路图。如图所示，原、副边线圈(2,3)本身的支持骨架(4,5,6)作为辅助绝缘，原边线圈(2)使用环形铁芯(1)作为磁路，原边绕组大致均匀地绕制在环形铁芯上。副边线圈(3)以松耦合的方式穿过原边铁芯线圈其圆环形铁芯的圆心部位，绕制成另一个紧密的束状圆环，构成连环状外形，两个圆环的直径大约相近，相互穿过各自的圆心部位，它们之间以空气介质间隙作为主绝缘，因空气的介电常数很小，所以原、副边线圈间的寄生电容值也很小。典型产品实测值约30PF，具有优良的高频和脉冲高电压隔离性能。按实际需要制造原、副边线圈之间具有数万伏以上工频与冲击耐压水平的产晶，典型产品能承受的工频耐压值约30KV左右。要求的耐压水平越高，产品的尺寸越大，主绝缘空气间隙可从数厘米至数十厘米。本申请提出的隔离变压器装置其绝缘结构较特殊，原、副边间的耦合程度较松，相应的漏电感值也较大，利用这一特点，可在原、副边分别适当配置外接电容器，构面双向高频阻波器，以加强隔离效果。本隔离变压器的松耦合结构，作为测量仪器仪表系统的供电电源，完全不会影响工频交流电能的正常传输性能，可以充分胜任对各种电子或电气监测设备的供电任务；工频传输功率在千瓦级以下时，其较大的漏电抗对正常电压调整频率并无明显的影响。副边输出电压Usc通常与原边输入工频电压Usr相同，也可同时具有不同的电压抽头值，或按实际需要为副边指定输出电压值。原、副边线圈的支持骨架是利用高强度绝缘板或环氧树脂类的绝缘树脂浇注制成。原、副边线圈本身表面用这类树脂整体浇注成形，树脂浇注部份是作为薄壳形支持体，与绝缘支持骨架结合成一体，作为原、副边线圈间的辅助绝缘结构，其抗电强度也大致相同，以此来保证绝缘结构合理的技术经济指标。为防尘及防异物影响主绝缘空气间隙的有效绝缘强度，本隔离变压器通常都应加装高强度绝缘板制成的外壳，该外壳绝不能用金属材料制作，以免增加寄生电容和降低绝缘强度。图3,4,5中，C0为原、副边线圈之间空气主绝缘间隙的等效寄生电容，它们是本隔离变压器最为重要的参数，决定了高频或脉冲高电压下的实际隔离效果。一般总等效电容量为数十微微法，典型产品实测值约为30PF，能承受的工频耐压有效值为30KV以上。Cj是绕组本身的匝间或层间寄生电容，对隔离性能没有明显影响。工频等值电路图中Lm为励磁电感，Ls1及L′s1为原边等效漏电感，Ls2及L′s2原边等效漏电感对原边的折合值，都分两侧配置。Usr是原边工频电源输入端，以输入电压向副边工频电压Usc输出端传送工频交流电能的等效参数。各绕组的匝间与层间寄生电容Cj，其作用可忽略不计。C1、C2分别是原、副边各自的外接电容器，作为高通滤波器使用。高频等值电路图中在高频或脉冲高电压作用下，变压器的等值电路将从电感性转化为电容性。原、副边线圈间空气主绝缘的寄生电容C0值很小且有很高的抗电强度，隔离作用主要由它来决定，这是一个双向阻波器。依据本技术原理制造的变压器应用在电力系统过电压在线监测装置中，完全保证了该类复杂的智能化电子设备的安全稳定运行。该装置在运行电网中的工作条件十分恶劣，它经常承受10～500V各种电压等级电网短路和异常故障及各种雷击引起的地电位升高瞬变过程的考验，而向电子装置入侵的正是瞬变过程中产生的高频或脉冲高电压波。本文档来自技高网...

【技术保护点】
连环耦合高电压冲击隔离变压器，包括原、副边线圈及其固定支持骨架构成辅助绝缘，其特征在于：原边绕组均匀地绕制在圆环形铁芯上构成原边铁芯线圈，副边绕组以松耦合绕制成一个紧密的束状圆环构成副边空心线圈，上述两个直径相近的圆环形线圈穿过各自的圆心部位构成连环状外观，它们之间的空气介质间隙构成主绝缘。

【技术特征摘要】
1．连环耦合高电压冲击隔离变压器，包括原、副边线圈及其固定支持骨架构成辅助绝缘，其特征在于原边绕组均匀地绕制在圆环形铁芯上构成原边铁芯线圈，副边绕组以松耦合绕制成一个紧密的束状圆环构成副边空心线圈，上述两个直径相近的圆环形线圈穿过各自的圆心部位构成连环状外观，它...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡光显，
申请(专利权)人：云南省电力试验研究所，
类型：实用新型
国别省市：53[中国|云南]