Jak zapewnić bezpieczną i sprawną pracę konwertera podnoszącego napięcie nawet do 50 kV?
Temu zagadnieniu Paweł Milewski, Dyrektor ds. Rozwoju w AREX, poświęcił artykuł naukowy pt. Modeling of a Multi-Section Transformer for a Modular High-Voltage DC–DC Converter.
Publikacja została zaprezentowana podczas konferencji Progress in Applied Electrical Engineering – PAEE 2026 i jest dostępna w cyfrowej bibliotece IEEE Xplore.
Artykuł pokazuje, jak odpowiednia konstrukcja i modelowanie transformatora wysokonapięciowego może poprawić parametry, sprawność i niezawodność modułowej przetwornicy DC–DC. Wysokonapięciowe konwertery znajdują zastosowanie w energetyce, aparaturze diagnostycznej, systemach testowych, a także rozwiązaniach mikrofalowych dużej mocy wykorzystywanych w sektorze obronnym.
Opisany w publikacji system składa się z czterech modułów o mocy 2 kW, które pozwalają przekształcić napięcie 320 V DC w regulowane napięcie wyjściowe sięgające 50 kV DC. Jego kluczowym elementem jest wielosekcyjny transformator wysokonapięciowy o specjalnie opracowanej konfiguracji 3×(1P2S). Konstrukcja tego podzespołu musi zapewniać zarówno odpowiednią wytrzymałość izolacji, jak i prawidłowe działanie obwodu rezonansowego konwertera.
Jak ograniczyć niepożądane pojemności?
Jednym z głównych wyzwań przeanalizowanych w artykule jest pojemność elektryczna powstająca pomiędzy elementami uzwojenia wtórnego transformatora. Choć jest ona naturalnym zjawiskiem, może powodować dodatkowy przepływ energii w układzie, wpływając na sprawność konwertera i jego zdolność do podnoszenia napięcia.
Aby ograniczyć ten efekt, autor zaproponował sposób nawijania kolejnych warstw uzwojenia oraz jego podział na sekcje. Przeprowadzone pomiary wykazały, że zastosowanie tej metody pozwoliło zmniejszyć pojemność uzwojenia z 30,9 pF do 16,7 pF, czyli o około 46%.
Model potwierdzony pomiarami
Na potrzeby badań opracowano model symulacyjny i analityczny, który pozwala ocenić wpływ konstrukcji transformatora na pracę całego konwertera. Porównanie obliczeń z wynikami pomiarów rzeczywistego transformatora wykazało ich dobrą zgodność, potwierdzając przydatność modelu w projektowaniu wysokonapięciowych układów energoelektronicznych.
Zapraszamy do przeczytania pełnego artykułu i zapoznania się ze szczegółowymi wynikami badań.
