專利名稱：連環耦合高電壓沖擊隔離變壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隔離變壓器技術領域，它用于保護電力系統在線監測裝置。
高電壓隔離變壓器，是用于向電子或電氣測量儀器、儀表系統提供交流電源電壓的同時，使之免受特定范圍內相關聯的高電位或高電壓傷害的常用設備之一。它可以阻斷從所聯接的原邊或副邊系統傳導而來的直流、工頻交流、高頻交流、連續或瞬態脈沖高電位、高電壓對監測裝置可能產生的損害；或將可能產生損害的危險高電位、高電壓的強度衰減至允許的安全范圍以內而不傷害被保護的監測裝置。
現有的各種高電壓隔離變壓器，基本上都是采用固體絕緣材料作為主絕緣結構。由于固體絕緣材料的介電常數較大，這種結構的主絕緣往往具有數值相當大的寄生電容量，它在高頻交流或瞬態脈沖高電壓下的容性阻抗值較低；而且等效頻率或電壓變化率越高，等效容抗就越低。在高頻下，現有的各種隔離變壓器的主絕緣將形成低容抗導電通道，當高頻或脈高電壓的強度超過某種限度時，它將喪失對被保護對象的保護能力，使其受到傷害，隔離變壓器形同虛設！它們雖然對直流、低頻或工頻交流的穩態高電位、高電壓能起到防護作用，但這類電壓也往往會產生過渡瞬變過程，從而有可能產生高強度的高頻高壓分量，導致被保護設備受到傷害。無法良好而有效地完成關鍵性的隔離任務對電氣過渡過程中產生的高頻或脈沖高壓進行有效的隔離，以保護經不起稍高電壓沖擊的脆弱的電子或電氣測量儀器、儀表、監測系統不受侵害。
針對上述現有的技術存在的不足之處，本實用新型提出一種連環耦合高電壓沖擊隔離變壓器，它采用空氣介質間隙作為隔離變壓器的主絕緣，能有效地對高頻率或脈沖高電壓、高電位進行隔離或衰減，可靠地保護經不起稍高電壓沖擊的脆弱的復雜電子監測設備。
本實用新型通過以下技術措施達到本隔離變壓器包括原、副邊線圈及其固定支持骨架構成輔助絕緣，原邊繞組均勻地繞制在圓環形鐵芯上構成原邊鐵芯線圈，副邊繞組以松耦合繞制成一個緊密的束狀圓環構成副邊空心線圈，上述兩個直徑相近的圓環形線圈穿過各自的圓心部位構成連環狀外觀，它們之間的空氣介質間隙構成主絕緣。
原、副邊線圈間的主絕緣空氣間隙最小不少于5厘米，且原、副邊線圈最近的各點之間有相同的空氣間隙距離；變壓器外殼采用高強度的非金屬絕緣板材制成。
本實用新型的優點及其積極效果采用空氣介質間隙作為原、副邊線圈之間的主絕緣，由于空氣的介電常數很小，在同等尺寸下具有的寄生電容數值也小。當產品設計的容許隔離電壓值增高時，主絕緣空氣介質間隙也隨之增加，相應的寄生電容值也減小。這種絕緣結構，對高頻率或脈沖高電壓高電位的隔離與衰減作用十分有利，使其實際隔離效果有著根本性的十分顯著的提高，能可靠地保護經不起稍高電壓沖擊的脆弱的復雜電子監測設備。
本實用新型與所有傳統的隔離變壓器相比，由于采用空氣主絕緣以使寄生電容量減至最低限度，從而獲得了在高頻或脈沖高電壓下的有效隔離作用，并且具有數萬伏以上的高抗電強度，此外，它還具有傳統隔離變壓器所能完成的全部功能，這是應用電磁感應原理的變壓器隔離高電壓最基本的要求。
本實用新型下面結合實施例及其附圖作進一步說明。


圖1為原、副邊線圈固定在支持骨架上的結構示意圖；圖2為環形原邊鐵芯線圈與副邊空芯環形線圈之間的位置關系示意圖；圖3為原、副邊線圈電磁耦合等值電路圖，圖4為原、副邊線圈工頻等值電路圖；圖5為原副邊線圈高頻等值電路圖。
如圖所示，原、副邊線圈(2,3)本身的支持骨架(4,5,6)作為輔助絕緣，原邊線圈(2)使用環形鐵芯(1)作為磁路，原邊繞組大致均勻地繞制在環形鐵芯上。副邊線圈(3)以松耦合的方式穿過原邊鐵芯線圈其圓環形鐵芯的圓心部位，繞制成另一個緊密的束狀圓環，構成連環狀外形，兩個圓環的直徑大約相近，相互穿過各自的圓心部位，它們之間以空氣介質間隙作為主絕緣，因空氣的介電常數很小，所以原、副邊線圈間的寄生電容值也很小。典型產品實測值約30PF，具有優良的高頻和脈沖高電壓隔離性能。按實際需要制造原、副邊線圈之間具有數萬伏以上工頻與沖擊耐壓水平的產晶，典型產品能承受的工頻耐壓值約30KV左右。要求的耐壓水平越高，產品的尺寸越大，主絕緣空氣間隙可從數厘米至數十厘米。
本申請提出的隔離變壓器裝置其絕緣結構較特殊，原、副邊間的耦合程度較松，相應的漏電感值也較大，利用這一特點，可在原、副邊分別適當配置外接電容器，構面雙向高頻阻波器，以加強隔離效果。本隔離變壓器的松耦合結構，作為測量儀器儀表系統的供電電源，完全不會影響工頻交流電能的正常傳輸性能，可以充分勝任對各種電子或電氣監測設備的供電任務；工頻傳輸功率在千瓦級以下時，其較大的漏電抗對正常電壓調整頻率并無明顯的影響。副邊輸出電壓Usc通常與原邊輸入工頻電壓Usr相同，也可同時具有不同的電壓抽頭值，或按實際需要為副邊指定輸出電壓值。
原、副邊線圈的支持骨架是利用高強度絕緣板或環氧樹脂類的絕緣樹脂澆注制成。原、副邊線圈本身表面用這類樹脂整體澆注成形，樹脂澆注部份是作為薄殼形支持體，與絕緣支持骨架結合成一體，作為原、副邊線圈間的輔助絕緣結構，其抗電強度也大致相同，以此來保證絕緣結構合理的技術經濟指標。
為防塵及防異物影響主絕緣空氣間隙的有效絕緣強度，本隔離變壓器通常都應加裝高強度絕緣板制成的外殼，該外殼絕不能用金屬材料制作，以免增加寄生電容和降低絕緣強度。
圖3,4,5中，C0為原、副邊線圈之間空氣主絕緣間隙的等效寄生電容，它們是本隔離變壓器最為重要的參數，決定了高頻或脈沖高電壓下的實際隔離效果。一般總等效電容量為數十微微法，典型產品實測值約為30PF，能承受的工頻耐壓有效值為30KV以上。Cj是繞組本身的匝間或層間寄生電容，對隔離性能沒有明顯影響。
工頻等值電路圖中Lm為勵磁電感，Ls1及L′s1為原邊等效漏電感，Ls2及L′s2原邊等效漏電感對原邊的折合值，都分兩側配置。Usr是原邊工頻電源輸入端，以輸入電壓向副邊工頻電壓Usc輸出端傳送工頻交流電能的等效參數。各繞組的匝間與層間寄生電容Cj，其作用可忽略不計。C1、C2分別是原、副邊各自的外接電容器，作為高通濾波器使用。
高頻等值電路圖中在高頻或脈沖高電壓作用下，變壓器的等值電路將從電感性轉化為電容性。原、副邊線圈間空氣主絕緣的寄生電容C0值很小且有很高的抗電強度，隔離作用主要由它來決定，這是一個雙向阻波器。
依據本實用新型原理制造的變壓器應用在電力系統過電壓在線監測裝置中，完全保證了該類復雜的智能化電子設備的安全穩定運行。該裝置在運行電網中的工作條件十分惡劣，它經常承受10～500V各種電壓等級電網短路和異常故障及各種雷擊引起的地電位升高瞬變過程的考驗，而向電子裝置入侵的正是瞬變過程中產生的高頻或脈沖高電壓波。
權利要求1．連環耦合高電壓沖擊隔離變壓器，包括原、副邊線圈及其固定支持骨架構成輔助絕緣，其特征在于原邊繞組均勻地繞制在圓環形鐵芯上構成原邊鐵芯線圈，副邊繞組以松耦合繞制成一個緊密的束狀圓環構成副邊空心線圈，上述兩個直徑相近的圓環形線圈穿過各自的圓心部位構成連環狀外觀，它們之間的空氣介質間隙構成主絕緣。
2．根據權利要求1所述的隔離變壓器，其特征在于原、副邊線圈間的主絕緣空氣間隙最小不少于5厘米，且原、副邊線圈最近的各點之間有相同的空氣間隙距離。
3．根據權利要求1所述的隔離變壓器，其特征在于變壓器外殼采用高強度的非金屬絕緣板材制成。
專利摘要本實用新型涉及一種隔離變壓器技術領域,原邊繞組均勻地繞制在圓環形鐵芯上構成原邊鐵芯線圈,副邊繞組以松耦合繞制成一個緊密的束狀圓環構成副邊空心線圈,上述兩個直徑相近的圓環形線圈穿過各自的圓心部位構成連環狀外觀,它們之間的空氣介質間隙構成主絕緣,采用空氣介質間隙作為隔離變壓器的主絕緣,能有效地對高頻率或脈沖高電壓、高電位進行隔離或衰減,可靠地保護經不起稍高電壓沖擊的脆弱的復雜電子監測設備。
文檔編號H01F38/00GK2318700SQ97226880
公開日1999年5月12日 申請日期1997年9月10日 優先權日1997年9月10日
發明者蔡光顯 申請人:云南省電力試驗研究所