[发明专利]一种固体绝缘磁集成高频变压器及其屏蔽环设计方法

权利要求书

1.一种固体绝缘磁集成高频变压器的屏蔽环设计方法，其特征在于：包括：

S1，结合变压器的具体工作环境，确定变压器的基本结构；

S2，在仿真软件中搭建上述S1确定的所述变压器模型，铁芯接地，在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，确定满足绝缘要求的固体材料填充范围；

S3，在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，所述屏蔽环能在提供静电屏蔽的同时提高散热能力，再依次将所述屏蔽环的长、宽、圆角半径和厚度作为单一变量，观察由所述变压器模型和所述屏蔽环构成的仿真模型中变压器周围空气的场强分布情况，确定不同变量对所述变压器周围空气最大电场强度的影响程度，并以所述屏蔽环体积最小为设计目标，选取满足耐压标准下的所述屏蔽环尺寸参数；

S4，在S3得到的满足耐压要求的屏蔽环结构基础上，根据谐振电路对磁集成变压器的漏感需求，仿真观察不同参数对变压器漏感大小的影响，并根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，获得满足耐压和漏感要求的屏蔽环结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S2中，所述在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，其中，对变压器绕组施加满足国家耐压标准要求的最高电压，观察绝缘介质内的电场强度分布情况，并确定满足绝缘要求的固体材料填充范围。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述符合耐压标准要求的最高电压是指根据国家标准规定的不同电压等级下变压器承受的额定短时工频电压峰值，并以直流电压的形式施加在变压器绕组与铁芯之间，据此观察变压器内部及周围空间中的电场强度分布情况。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述固体材料填充范围是指变压器的绝缘距离设计，包括绕组线圈的匝间绝缘距离，高低压绕组间绝缘距离，高低压绕组与铁芯间绝缘距离以及绕组对周围空气的固体绝缘厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中，所述在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，其中，所述屏蔽环的本体在绝缘介质内部，其边缘被绝缘介质包裹，但保留一个与空气接触的外表面，以提高变压器的散热能力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：设置所述屏蔽环的平面至少有两个，根据仿真观察到的铁芯棱角附近的尖端效应和变压器的具体结构确定设置所述屏蔽环的平面。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述屏蔽环的尺寸，仿真过程包括：

初始时，所述屏蔽环的大小覆盖整个绝缘介质面，以改善铁芯上的尖端效应对空气绝缘的影响；

随后将所述屏蔽环的尺寸逐步缩小，并依次观察长、宽、厚度和尖端的圆弧角半径对变压器周围电场强度分布情况的影响；

将所述屏蔽环的体积最小化作为设计目标，选定在符合耐压标准要求下最优的绝缘尺寸。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：采用控制变量法确定所述屏蔽环的尺寸，其中：

每次只变化长、宽、厚度和圆角半径中的其中一个，并观察不同变量影响能力的大小，选取尺寸n为一个基本单元，若某变量变化n前后，变压器周围空气中的最大场强有显著改变，则该变量为影响能力高的变量，否则为影响能力低的变量；

为实现屏蔽环体积最小化的设计目标，对于影响能力低的变量，取较小的值，以有效降低屏蔽环的体积；对于影响能力高的变量，在降低取值时密切关注电场强度大小的变化情况，以确保变压器内部绝缘介质和周围空气的耐压能力符合要求。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：S4：

满足漏感要求的屏蔽环结构，是指在消除尖端效应并保证耐压能力符合要求的前提下，通过增大屏蔽环的体积来增强线圈周围的漏磁场强度，提高变压器漏感大小，以满足外部电路对谐振的要求；

所述根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，其中：以所述变压器能提供的漏感值不低于谐振电路所要求的谐振电感大小为原则，对屏蔽环的尺寸参数进行修改。

10.一种固体绝缘磁集成高频变压器，其特征在于，包括由权利要求1-10任一项方法设计的屏蔽环。