Osittaispurkaukset hakkuriteholähteen muuntajan eristysrakenteessa
Puranen, Pasi (2014)
2014
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-10-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201409251445
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201409251445
Tiivistelmä
Hakkuriteholähde on sähköinen laite, joka muuttaa tasajännitteen arvoa joko suuremmaksi tai pienemmäksi. Tässä työssä tutkittiin flyback-hakkurin muuntajan eristysrakenteessa osittaispurkaustestin aikana esiintyvien osittaispurkauksien syttymis- ja sammumisjännitteitä. Työssä oli tarkoituksena löytää flyback-muuntajalle soveltuva eristysrakenneratkaisu, jolla on suuri osittaispurkauksien syttymis- ja sammumisjännite.
Teoriaosuuksien pohjalta käsiteltävälle flyback-muuntajalle valittiin käämintäkonfiguraatio sekä eristekerroksien paksuudet, jonka jälkeen muuntajalle tehtiin kaksiulotteinen simulointimalli Ansyksen Maxwell 2014 ohjelmalla. Simulointien avulla tutkittiin mahdollisia eristysrakenneratkaisuja muuntajalle. Valitussa muuntajan käämintäkonfiguraatiossa huomattiin olevan mahdollista, että eristysrakenteessa voi esiintyä muuntajan ensiökäämien ja toisiokäämin välillä niin sanottuja käämien leikkauskohtia, joissa käämien välille jää eristeeksi johdinten pinnalla olevan eristeen lisäksi ainoastaan ilmaa tai pahimmassa tapauksessa käämit pystyivät koskettamaan toisiaan kiinteän eristeen puuttuessa johdinten välistä. Käämien leikkauskohtien arveltiin olevan osittaispurkauksien syttymiskohta ensiö- ja toisiokäämien välisissä mittauksissa, minkä perusteella simulointiin mahdollisia lisäeristeratkaisuja käämien leikkauskohtaan.
Simulointitulosten perusteella valmistettiin erilaisilla eristysrakenteilla olevia muuntajaprototyyppejä, joille suoritettiin osittaispurkaustesti. Mittaustulokset tukivat pääosin hyvin sitä oletusta, että osittaispurkaukset syttyisivät ensiökäämien ja toisiokäämin välisisissä leikkauskohdissa. Testatuissa muuntajissa sammumisjännitteet eivät nousseet kuitenkaan odotetun paljon muuntajilla, joissa oli käytetty ensiökäämien ja toisiokäämin välisisissä leikkauskohdissa kiinteää eristettä verrattuna niihin muuntajiin, joissa kiinteitä eristeitä ei ollut käytetty leikkauskohdissa. Tämä saattoi johtua muuntajissa käytetyn lakan huonosta tunkeutumisesta eristysrakenteeseen.
Mitatuissa muuntajissa, joissa oli käytetty Mylar-kalvoa eristeenä, oli keskimäärin suurempi sammumisjännite kuin muilla eristysrakenneratkaisulla. Tämä johtui todennäköisesti lakan hyvästä tunkeutumisesta eristysrakenteeseen. Flyback-muuntajan eristysrakenteen osittaispurkauksien syttymis- ja sammumisjännitettä voidaan edelleen pyrkiä kasvattamaan parantamalla lakan tunkeutumista eristysrakenteeseen. Lakan tunkeutuminen eristysrakenteeseen voi parantua esimerkiksi korvaamalla muuntajien lakkaan kastaminen tyhjiössä tapahtuvaan lakalla kyllästämiseen.
Teoriaosuuksien pohjalta käsiteltävälle flyback-muuntajalle valittiin käämintäkonfiguraatio sekä eristekerroksien paksuudet, jonka jälkeen muuntajalle tehtiin kaksiulotteinen simulointimalli Ansyksen Maxwell 2014 ohjelmalla. Simulointien avulla tutkittiin mahdollisia eristysrakenneratkaisuja muuntajalle. Valitussa muuntajan käämintäkonfiguraatiossa huomattiin olevan mahdollista, että eristysrakenteessa voi esiintyä muuntajan ensiökäämien ja toisiokäämin välillä niin sanottuja käämien leikkauskohtia, joissa käämien välille jää eristeeksi johdinten pinnalla olevan eristeen lisäksi ainoastaan ilmaa tai pahimmassa tapauksessa käämit pystyivät koskettamaan toisiaan kiinteän eristeen puuttuessa johdinten välistä. Käämien leikkauskohtien arveltiin olevan osittaispurkauksien syttymiskohta ensiö- ja toisiokäämien välisissä mittauksissa, minkä perusteella simulointiin mahdollisia lisäeristeratkaisuja käämien leikkauskohtaan.
Simulointitulosten perusteella valmistettiin erilaisilla eristysrakenteilla olevia muuntajaprototyyppejä, joille suoritettiin osittaispurkaustesti. Mittaustulokset tukivat pääosin hyvin sitä oletusta, että osittaispurkaukset syttyisivät ensiökäämien ja toisiokäämin välisisissä leikkauskohdissa. Testatuissa muuntajissa sammumisjännitteet eivät nousseet kuitenkaan odotetun paljon muuntajilla, joissa oli käytetty ensiökäämien ja toisiokäämin välisisissä leikkauskohdissa kiinteää eristettä verrattuna niihin muuntajiin, joissa kiinteitä eristeitä ei ollut käytetty leikkauskohdissa. Tämä saattoi johtua muuntajissa käytetyn lakan huonosta tunkeutumisesta eristysrakenteeseen.
Mitatuissa muuntajissa, joissa oli käytetty Mylar-kalvoa eristeenä, oli keskimäärin suurempi sammumisjännite kuin muilla eristysrakenneratkaisulla. Tämä johtui todennäköisesti lakan hyvästä tunkeutumisesta eristysrakenteeseen. Flyback-muuntajan eristysrakenteen osittaispurkauksien syttymis- ja sammumisjännitettä voidaan edelleen pyrkiä kasvattamaan parantamalla lakan tunkeutumista eristysrakenteeseen. Lakan tunkeutuminen eristysrakenteeseen voi parantua esimerkiksi korvaamalla muuntajien lakkaan kastaminen tyhjiössä tapahtuvaan lakalla kyllästämiseen.