本发明涉及电子元件领域，尤其涉及一种三绕组自藕变压器及其制造方法。
背景技术：
自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的联系，自耦变压器原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。
在国内已申请的相关专利中，没有关于三绕组自藕变压器的现有技术。
技术实现要素：
本发明旨在提供损耗小、转换效率高、电磁屏蔽性好、绝缘性好、性价比高、使用寿命长的三绕组自藕变压器及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种三绕组自藕变压器的制造方法，包括以下步骤：
1）各部件的选用和准备
①骨架选用与日字形磁芯匹配的氮化铝基陶瓷骨架，选用标准为：体积电阻率≥2×1013Ω•cm、介电强度≥750kV/cm、热导率≥25W/m·K、抗弯强度≥400Mpa、杨氏模数≥320Gpa、断裂韧性≥25Mpa；
②磁芯选用标准日字形硅钢片磁芯；
③屏蔽罩采用铝合金制成，采用全封闭结构；
④封装材料采用环氧树脂；
⑤绕组采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
⑥强化绝缘材料选用热硫化型硅橡胶；
⑦绝缘传热填料选用特制的氧化铝陶瓷颗粒；
2）带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min，即获得待用碳纤维；
⑥将步骤⑤获得的待用碳纤维以16支为一股按标准方法编织成待处理碳纤维线；
⑦将步骤⑥获得的待处理碳纤维线按标准方法浸润足量1140环氧聚酯，干结后获得所需带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
3）氧化铝陶瓷颗粒的加工处理
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58%-65%的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min-40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃-30℃的恒温环境下，并机械搅拌30min-40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8-5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃-80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3-5%浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗，至洗净，获得待用溶胶；
⑧将步骤⑦获得的待用溶胶置于480℃-550℃下进行煅烧至成颗粒，所获得的颗粒即为所需氧化铝陶瓷颗粒；
4）三绕组自藕变压器的加工与装配
①将磁芯放置于氮化铝基陶瓷骨架中，采用环氧树脂固定；
②将带绝缘漆的碳纤维线按标准缠绕方式缠绕在氮化铝基陶瓷骨架上，最优电压分配为：初级绕组电压：次级绕组电压：第三绕组电压为5：3：2；在初级绕组、次级绕组、第三绕组相互之间的结合处及其它短路点涂封热硫化型硅橡胶，获得绝缘加强芯子部件；
③将步骤②获得的绝缘加强芯子部件采用环氧树脂封装；
④采用铝合金屏蔽罩将整个三绕组自藕变压器封装，并在铝合金屏蔽罩内间隙中填充满3）中步骤⑧获得的氧化铝陶瓷颗粒，即获得待处理三绕组自藕变压器；
4）三绕组自藕变压器的稳定化处理
①将3）中步骤③获得的待处理三绕组自藕变压器放置于冷冻箱中，温度不高于-70℃，保温20min-30min，获得冷处理三绕组自藕变压器；
②步骤①完成后，将步骤①获得的冷处理三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温，然后放入烘箱中，以不高于2℃/min的升温速率升至100℃-105℃，保温25min-30min，获得热循环三绕组自藕变压器；
③将步骤②获得的热循环三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温；
④反复进行①~③工序两次，即获得所需三绕组自藕变压器。
上述一种三绕组自藕变压器的制造方法制造的三绕组自藕变压器，包括骨架、绕组、磁芯、屏蔽罩、封装材料；骨架为氮化铝陶瓷骨架；绕组采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；在绕组间结合点封涂热硫化型硅橡胶绝缘材料；在屏蔽罩和其它部件的间隙内填充有氧化铝陶瓷颗粒；屏蔽罩采用了铝合金制作，全封闭结构封装。
该三绕组自藕变压器，其绝缘区域的平均体积电阻率不低于1×1012Ω•cm，屏蔽级别不低于T级，功率容量为常规同体积自藕变压器的至少10倍。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：常规技术中，由于成本考虑，自藕变压器采用最低级的材料制备，如绝缘漆为普通绝缘漆、绕组采用工业铜材、屏蔽罩采用铁制材料、骨架采用一般塑料等，因此就其本身体积重量而言，其铜损、铁损还是较大，寿命较短，另一方面，由于短路电流本身大，而作为三绕组自藕变压器，短路电压更大，是制约其使用的最关键因素，但由于常规技术中采用的绝缘材料和绕组材料均无法突破现有瓶颈，因此使用范围小、性能差、无法承载高压；本发明在常规技术的基础上，选用了热硫化型硅橡胶，其体积电阻率不低于2×1015Ω•cm、介电强度不低于200kV/cm、长时工作温度范围-55~180℃，可以很好地加强限制自藕变压器容量性能的绝缘性能，使工作区域不易因电流短路被损坏，从根本上在绕组间结合点封涂自藕变压器的使用寿命和绝缘性能；选用了特制的碳纤维线制成绕组，其电阻率远低于铜材，且在封装条件下更不易老化、发热或电离而损耗，因此自损耗低，由于碳纤维线的电学性能本身不受磁场和温度影响，也使本发明的自藕变压器使用性能更稳定、持久；由于选用了特制的氧化铝陶瓷颗粒，根据要求研究，氧化铝陶瓷颗粒小于一定粒度后，在同等条件下，其热阻抗反而小于其它材料，且具有干净、长寿命、无污染、易清洁的特性，使得本发明的自藕变压器在扩容后不会因为超温而失效，同时在日常工作中还起着防尘防老化的作用，同时还采用了铝制全封闭式屏蔽罩，使整体屏蔽效果和散热效果远强于铁制材料，因此本发明的自藕变压器屏蔽性很好。
附图说明
图中：屏蔽罩1、氧化铝陶瓷颗粒2、陶瓷骨架3、磁芯4、绕组5、强化绝缘材料6。
具体实施方式
实施例1：
一种三绕组自藕变压器，包括骨架、绕组5、磁芯4、屏蔽罩1、封装材料，其中：骨架为氮化铝陶瓷骨架3；绕组5采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；在绕组5间结合点封涂热硫化型硅橡胶绝缘材料；在屏蔽罩1和其它部件的间隙内填充有氧化铝陶瓷颗粒2；屏蔽罩1采用了铝合金制作，全封闭结构封装。
该三绕组自藕变压器的制造方法，包括以下步骤：
1）各部件的选用和准备
①骨架选用与日字形磁芯4匹配的氮化铝基陶瓷骨架3，选用标准为：体积电阻率≥2×1013Ω•cm、介电强度≥750kV/cm、热导率≥25W/m·K、抗弯强度≥400Mpa、杨氏模数≥320Gpa、断裂韧性≥25Mpa；
②磁芯4选用标准日字形硅钢片磁芯4；
③屏蔽罩1采用铝合金制成，采用全封闭结构；
④封装材料采用环氧树脂；
⑤绕组5采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
⑥强化绝缘材料6选用热硫化型硅橡胶；
⑦绝缘传热填料选用特制的氧化铝陶瓷颗粒2；
2）带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃，处理时间5min，后炭化处理温度1500℃，处理时间5min，即获得待用碳纤维；
⑥将步骤⑤获得的待用碳纤维以16支为一股按标准方法编织成待处理碳纤维线；
⑦将步骤⑥获得的待处理碳纤维线按标准方法浸润足量1140环氧聚酯，干结后获得所需带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
3）氧化铝陶瓷颗粒2的加工处理
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58%的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃的恒温环境下，并机械搅拌30min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3%浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗，至洗净，获得待用溶胶；
⑧将步骤⑦获得的待用溶胶置于480℃下进行煅烧至成颗粒，所获得的颗粒即为所需氧化铝陶瓷颗粒2；
4）三绕组自藕变压器的加工与装配
①将磁芯4放置于氮化铝基陶瓷骨架3中，采用环氧树脂固定；
②将带绝缘漆的碳纤维线按标准缠绕方式缠绕在氮化铝基陶瓷骨架3上，最优电压分配为：初级绕组5电压：次级绕组5电压：第三绕组5电压为5：3：2；在初级绕组5、次级绕组5、第三绕组5相互之间的结合处及其它短路点涂封热硫化型硅橡胶，获得绝缘加强芯子部件；
③将步骤②获得的绝缘加强芯子部件采用环氧树脂封装；
④采用铝合金屏蔽罩1将整个三绕组自藕变压器封装，并在铝合金屏蔽罩1内间隙中填充满3）中步骤⑧获得的氧化铝陶瓷颗粒2，即获得待处理三绕组自藕变压器；
4）三绕组自藕变压器的稳定化处理
①将3）中步骤③获得的待处理三绕组自藕变压器放置于冷冻箱中，温度-70℃，保温20min，获得冷处理三绕组自藕变压器；
②步骤①完成后，将步骤①获得的冷处理三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温，然后放入烘箱中，以2℃/min的升温速率升至100℃，保温25min，获得热循环三绕组自藕变压器；
③将步骤②获得的热循环三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温；
④反复进行①~③工序两次，即获得所需三绕组自藕变压器。
根据本实施例生产的三绕组自藕变压器样品，其绝缘区域的平均体积电阻率不低于1×1013Ω•cm，屏蔽级别T级，功率容量为常规同体积自藕变压器的至少16倍。
实施例2：
一种三绕组自藕变压器，包括骨架、绕组5、磁芯4、屏蔽罩1、封装材料，其中：骨架为氮化铝陶瓷骨架3；绕组5采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；在绕组5间结合点封涂热硫化型硅橡胶绝缘材料；在屏蔽罩1和其它部件的间隙内填充有氧化铝陶瓷颗粒2；屏蔽罩1采用了铝合金制作，全封闭结构封装。
该三绕组自藕变压器的制造方法，包括以下步骤：
1）各部件的选用和准备
①骨架选用与日字形磁芯4匹配的氮化铝基陶瓷骨架3，选用标准为：体积电阻率≥2×1013Ω•cm、介电强度≥750kV/cm、热导率≥25W/m·K、抗弯强度≥400Mpa、杨氏模数≥320Gpa、断裂韧性≥25Mpa；
②磁芯4选用标准日字形硅钢片磁芯4；
③屏蔽罩1采用铝合金制成，采用全封闭结构；
④封装材料采用环氧树脂；
⑤绕组5采用带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
⑥强化绝缘材料6选用热硫化型硅橡胶；
⑦绝缘传热填料选用特制的氧化铝陶瓷颗粒2；
2）带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为2bar，喷头与凝固浴液面距离为15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度800℃，处理时间10min，后炭化处理温度1600℃，处理时间8min，即获得待用碳纤维；
⑥将步骤⑤获得的待用碳纤维以16支为一股按标准方法编织成待处理碳纤维线；
⑦将步骤⑥获得的待处理碳纤维线按标准方法浸润足量1140环氧聚酯，干结后获得所需带1140环氧聚酯绝缘漆的碳纤维线；
3）氧化铝陶瓷颗粒2的加工处理
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比65%的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于30℃的恒温环境下，并机械搅拌40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加5%浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗，至洗净，获得待用溶胶；
⑧将步骤⑦获得的待用溶胶置于550℃下进行煅烧至成颗粒，所获得的颗粒即为所需氧化铝陶瓷颗粒2；
4）三绕组自藕变压器的加工与装配
①将磁芯4放置于氮化铝基陶瓷骨架3中，采用环氧树脂固定；
②将带绝缘漆的碳纤维线按标准缠绕方式缠绕在氮化铝基陶瓷骨架3上，最优电压分配为：初级绕组5电压：次级绕组5电压：第三绕组5电压为5：3：2；在初级绕组5、次级绕组5、第三绕组5相互之间的结合处及其它短路点涂封热硫化型硅橡胶，获得绝缘加强芯子部件；
③将步骤②获得的绝缘加强芯子部件采用环氧树脂封装；
④采用铝合金屏蔽罩1将整个三绕组自藕变压器封装，并在铝合金屏蔽罩1内间隙中填充满3）中步骤⑧获得的氧化铝陶瓷颗粒2，即获得待处理三绕组自藕变压器；
4）三绕组自藕变压器的稳定化处理
①将3）中步骤③获得的待处理三绕组自藕变压器放置于冷冻箱中，温度-80℃，保温30min，获得冷处理三绕组自藕变压器；
②步骤①完成后，将步骤①获得的冷处理三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温，然后放入烘箱中，以1.5℃/min的升温速率升至105℃，保温30min，获得热循环三绕组自藕变压器；
③将步骤②获得的热循环三绕组自藕变压器置于室温下，至其温度回复至室温；
④反复进行①~③工序两次，即获得所需三绕组自藕变压器。
根据本实施例生产的三绕组自藕变压器样品，其绝缘区域的平均体积电阻率5×1013Ω•cm，屏蔽级别T级，功率容量为常规同体积自藕变压器的22倍。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。