一種低損耗高效率自藕變壓器及其製造方法與流程

2023-05-21 22:49:06 1

本發明涉及電子元件領域，尤其涉及一種低損耗高效率自藕變壓器及其製造方法。

背景技術：

自耦的耦是電磁耦合的意思，普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量，原副邊沒有直接電的聯繫，自耦變壓器原副邊有直接電的聯繫，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。

在國內已申請的相關專利中，沒有關於低損耗高效率自藕變壓器的現有技術。

技術實現要素：

本發明旨在提供損耗小、轉換效率高、電磁屏蔽性好、絕緣性好、使用壽命長的低損耗高效率自藕變壓器及其製造方法。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種低損耗高效率自藕變壓器的製造方法，包括以下步驟：

1)各部件的選用和準備

①骨架選用與日字形磁芯匹配的氮化鋁基陶瓷骨架，該氮化鋁基陶瓷選用標準為：體積電阻率≥2×1013Ω·cm、介電強度≥750kV/cm、熱導率≥25W/m·K、抗彎強度≥400Mpa、楊氏模數≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；

②磁芯選用標準日字形矽鋼片磁芯；

③屏蔽罩採用鋁合金製成，採用全封閉結構；

④封裝材料採用環氧樹脂；

⑤繞組採用帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

⑥強化絕緣材料選用熱硫化型矽橡膠；

2)帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的製備

①通過標準方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；

②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純淨水的混合劑中，該混合劑內聚氧化乙烯與純淨水的體積比為2.5-3∶7，獲得紡絲原液；

③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm-0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力範圍為1.5bar-2bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm-15mm，獲得聚丙烯腈原絲；

④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標準方法進行預氧化，獲得預氧化纖維；

⑤將步驟④獲得的預氧化纖維進行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和後炭化處理，前炭化處理溫度750℃-800℃，處理時間5min-10min，後炭化處理溫度1500℃-1600℃，處理時間5min-8min，即獲得待用碳纖維；

⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標準方法編織成待處理碳纖維線；

⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標準方法浸潤足量1140環氧聚酯，乾結後獲得所需帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

3)低損耗高效率自藕變壓器的加工與裝配

①將磁芯放置於氮化鋁基陶瓷骨架中，採用環氧樹脂固定；

②將帶絕緣漆的碳纖維線按標準纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架上，在初級繞組和次級繞組結合處及其它短路點塗封熱硫化型矽橡膠，獲得絕緣加強芯子部件；

③將步驟②獲得的絕緣加強芯子部件採用環氧樹脂封裝；

④採用鋁合金屏蔽罩將整個低損耗高效率自藕變壓器封裝，採用全封閉式封裝，即獲得待處理低損耗高效率自藕變壓器；

4)低損耗高效率自藕變壓器的穩定化處理

①將3)中步驟③獲得的待處理低損耗高效率自藕變壓器放置於冷凍箱中，溫度不高於-70℃，保溫20min-30min，獲得冷處理低損耗高效率自藕變壓器；

②步驟①完成後，將步驟①獲得的冷處理低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫，然後放入烘箱中，以不高於2℃/min的升溫速率升至100℃-105℃，保溫25min-30min，獲得熱循環低損耗高效率自藕變壓器；

③將步驟②獲得的熱循環低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫；

④反覆進行①～③工序兩次，即獲得所需低損耗高效率自藕變壓器。

上述一種低損耗高效率自藕變壓器的製造方法製造的低損耗高效率自藕變壓器，包括骨架、繞組、磁芯、屏蔽罩、封裝材料；採用了氮化鋁陶瓷骨架，繞組採用了帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組間結合點封塗熱硫化型矽橡膠絕緣材料；屏蔽罩1採用了鋁合金製作，全封閉結構封裝。

該自藕變壓器絕緣區域的平均體積電阻率不低於5×109Ω·cm，屏蔽級別不低於A級。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：常規技術中，由於成本考慮，自藕變壓器採用最低級的材料製備，如絕緣漆為普通絕緣漆、繞組採用工業銅材、屏蔽罩採用鐵製材料、骨架採用一般塑料等，因此就其本身體積重量而言，其銅損、鐵損還是較大，壽命較短；本發明在常規技術的基礎上，選用了熱硫化型矽橡膠，其體積電阻率不低於2×1015Ω·cm、介電強度不低於200kV/cm、長時工作溫度範圍-55～180℃，可以很好地加強限制自藕變壓器容量性能的絕緣性能，使工作區域不易因電流短路被損壞，從根本上增加了自藕變壓器的使用壽命和絕緣性能；選用了特製的碳纖維線製成繞組，其電阻率遠低於銅材，且在封裝條件下更不易老化、發熱或電離而損耗，因此自損耗低，由於碳纖維線的電學性能本身不受磁場和溫度影響，也使本發明的自藕變壓器使用性能更穩定、持久；由於採用了鋁製屏蔽罩，屏蔽效果和散熱效果遠強於鐵製材料，因此本發明的自藕變壓器屏蔽性很好。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖

圖中：屏蔽罩1、陶瓷骨架2、磁芯3、繞組4、強化絕緣材料5。

具體實施方式

實施例1：

一種低損耗高效率自藕變壓器，包括骨架、繞組4、磁芯3、屏蔽罩1、封裝材料；採用了氮化鋁陶瓷骨架2，繞組4採用了帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組4間結合點封塗熱硫化型矽橡膠絕緣材料；屏蔽罩11採用了鋁合金製作，全封閉結構封裝。

該低損耗高效率自藕變壓器的製造方法，包括以下步驟：

1)各部件的選用和準備

①骨架選用與日字形磁芯3匹配的氮化鋁基陶瓷骨架2，該氮化鋁基陶瓷選用標準為：體積電阻率≥2×1013Ω·cm、介電強度≥750kV/cm、熱導率≥25W/m·K、抗彎強度≥400Mpa、楊氏模數≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；

②磁芯3選用標準日字形矽鋼片磁芯3；

③屏蔽罩1採用鋁合金製成，採用全封閉結構；

④封裝材料採用環氧樹脂；

⑤繞組4採用帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

⑥強化絕緣材料5選用熱硫化型矽橡膠；

2)帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的製備

①通過標準方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；

②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純淨水的混合劑中，該混合劑內聚氧化乙烯與純淨水的體積比為2.5∶7，獲得紡絲原液；

③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力範圍為1.5bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm，獲得聚丙烯腈原絲；

④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標準方法進行預氧化，獲得預氧化纖維；

⑤將步驟④獲得的預氧化纖維進行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和後炭化處理，前炭化處理溫度750℃，處理時間5min，後炭化處理溫度1500℃，處理時間5min，即獲得待用碳纖維；

⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標準方法編織成待處理碳纖維線；

⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標準方法浸潤足量1140環氧聚酯，乾結後獲得所需帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

3)低損耗高效率自藕變壓器的加工與裝配

①將磁芯3放置於氮化鋁基陶瓷骨架2中，採用環氧樹脂固定；

②將帶絕緣漆的碳纖維線按標準纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架2上，在初級繞組4和次級繞組4結合處及其它短路點塗封熱硫化型矽橡膠，獲得絕緣加強芯子部件；

③將步驟②獲得的絕緣加強芯子部件採用環氧樹脂封裝；

④採用鋁合金屏蔽罩1將整個低損耗高效率自藕變壓器封裝，採用全封閉式封裝，即獲得待處理低損耗高效率自藕變壓器；

4)低損耗高效率自藕變壓器的穩定化處理

①將3)中步驟③獲得的待處理低損耗高效率自藕變壓器放置於冷凍箱中，溫度-70℃，保溫20min，獲得冷處理低損耗高效率自藕變壓器；

②步驟①完成後，將步驟①獲得的冷處理低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫，然後放入烘箱中，以2℃/min的升溫速率升至100℃，保溫25min，獲得熱循環低損耗高效率自藕變壓器；

③將步驟②獲得的熱循環低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫；

④反覆進行①～③工序兩次，即獲得所需低損耗高效率自藕變壓器。

根據本實施例生產的自藕變壓器，其絕緣區域的平均體積電阻率1×1010Ω·cm，屏蔽級別A級。

實施例2：

一種低損耗高效率自藕變壓器，包括骨架、繞組4、磁芯3、屏蔽罩1、封裝材料；採用了氮化鋁陶瓷骨架2，繞組4採用了帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；在繞組4間結合點封塗熱硫化型矽橡膠絕緣材料；屏蔽罩11採用了鋁合金製作，全封閉結構封裝。

該低損耗高效率自藕變壓器的製造方法，包括以下步驟：

1)各部件的選用和準備

①骨架選用與日字形磁芯3匹配的氮化鋁基陶瓷骨架2，該氮化鋁基陶瓷選用標準為：體積電阻率≥2×1013Ω·cm、介電強度≥750kV/cm、熱導率≥25W/m·K、抗彎強度≥400Mpa、楊氏模數≥320Gpa、斷裂韌性≥25Mpa；

②磁芯3選用標準日字形矽鋼片磁芯3；

③屏蔽罩1採用鋁合金製成，採用全封閉結構；

④封裝材料採用環氧樹脂；

⑤繞組4採用帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

⑥強化絕緣材料5選用熱硫化型矽橡膠；

2)帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線的製備

①通過標準方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；

②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純淨水的混合劑中，該混合劑內聚氧化乙烯與純淨水的體積比為3∶7，獲得紡絲原液；

③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力範圍為2bar，噴頭與凝固浴液面距離為15mm，獲得聚丙烯腈原絲；

④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標準方法進行預氧化，獲得預氧化纖維；

⑤將步驟④獲得的預氧化纖維進行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和後炭化處理，前炭化處理溫度800℃，處理時間10min，後炭化處理溫度1600℃，處理時間8min，即獲得待用碳纖維；

⑥將步驟⑤獲得的待用碳纖維以16支為一股按標準方法編織成待處理碳纖維線；

⑦將步驟⑥獲得的待處理碳纖維線按標準方法浸潤足量1140環氧聚酯，乾結後獲得所需帶1140環氧聚酯絕緣漆的碳纖維線；

3)低損耗高效率自藕變壓器的加工與裝配

①將磁芯3放置於氮化鋁基陶瓷骨架2中，採用環氧樹脂固定；

②將帶絕緣漆的碳纖維線按標準纏繞方式纏繞在氮化鋁基陶瓷骨架2上，在初級繞組4和次級繞組4結合處及其它短路點塗封熱硫化型矽橡膠，獲得絕緣加強芯子部件；

③將步驟②獲得的絕緣加強芯子部件採用環氧樹脂封裝；

④採用鋁合金屏蔽罩1將整個低損耗高效率自藕變壓器封裝，採用全封閉式封裝，即獲得待處理低損耗高效率自藕變壓器；

4)低損耗高效率自藕變壓器的穩定化處理

①將3)中步驟③獲得的待處理低損耗高效率自藕變壓器放置於冷凍箱中，溫度-80℃，保溫30min，獲得冷處理低損耗高效率自藕變壓器；

②步驟①完成後，將步驟①獲得的冷處理低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫，然後放入烘箱中，以不高於1.5℃/min的升溫速率升至105℃，保溫30min，獲得熱循環低損耗高效率自藕變壓器；

③將步驟②獲得的熱循環低損耗高效率自藕變壓器置於室溫下，至其溫度回復至室溫；

④反覆進行①～③工序兩次，即獲得所需低損耗高效率自藕變壓器。

根據本實施例生產的自藕變壓器，其絕緣區域的平均體積電阻率2×1010Ω·cm，屏蔽級別T級。

對所公開的實施例的上述說明，僅為了使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。