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  7. 微波电源输出12kV,3A方案设计,请指导
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微波电源输出12kV,3A方案设计,请指导

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id1001h
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  1. 2014-8-11 11:22:18
10问答币

主电路原理图.doc
1、为实现12.5kV,3A输出,原边采用全桥,用150A/1700V的IGBT;

2、原边用五绕组并联,副边用5绕组串联,每绕组输出2.5kV/3A;
3、生产保证每路参数一致性;
4、用DSP控制一路2.5kV/3A的稳压与稳流,因为参数一致,控制一路就是控制5路;
输入:市电380;
稳压精度:2%(目标1%)
稳流精度:5%(目标3%)
各种保护;
请指导,此方案是否可行,输出串联是否可行?输出整流用什么器件好?
多多指导,谢谢
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id1001h
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高级工程师
  1. 2014-8-13 11:01:25
 
版主,请您指示一下啊,
先感谢
id1001h
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  1. 2014-8-13 11:05:10
 
我觉得原边问题不会太大,关键是副边串联升压,有没有这样做的,能否实现?
另外这样的15kHz左右的高压快恢复整流管用什么器件好呢?
qinshang
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  1. 2014-8-13 20:21:44
 
原则上同意2楼。但是副边的电感最好拿掉不用。纯容性滤波。
sc88sc88sc88
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  1. 2014-8-18 08:15:45
 
也想过这问题,不用电感的话,因为不是谐振变换器,副边是不是有占空比丢失的现象发生,半载左右的时候,电容是否扛得住?
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版主
  1. 2014-8-15 22:50:52
 
感觉副边用这种结构要好一点,
sc88sc88sc88
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  1. 2014-8-18 08:23:03
 
版主您好,这是六路了,原边要如何接呢,
副边整流串接电容后,输出会不会和全桥整流有差异呀,
对变压器的一致性要求还是一样吗?
谢谢
gun1234
  1. gun1234
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  1. 2014-9-14 11:00:42
 
对的, 先分别整流滤波, 然后串联
熾楓義
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  1. 2014-8-18 13:31:18
 
主拓扑应该好好研究一下,功率太大最好用移相全桥。
输出部分的原理不对,按照现在的原理没有办法实行输出可调并且取样精度不够,其实你应该把次级线圈串在一起然后用一个整流桥就可以了。元件选择太理想话了,4000V/100uF是不是有点太....。无论从体积还有价格都太大了 。
方案整体不可行。
id1001h
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高级工程师
  1. 2014-8-18 17:01:37
 
谢谢关注。
输出原理上应该能实现调压,前提是各路变压器原副边参数一致;
采样精度确实是个问题,采样与控制的误差会放大五倍;
次级串起来整流的整流器件还是不好选,因为电流有3A,有好的快恢复整流器件吗(15kHz左右的)?
体积的话,倒不是太严,不知800mm*600mm*2000mm够不够,还有十多千伏的安全距离;
价格当然越低越好了


如果不行,那也太悲壮,等于流产了。。。。。。。。
熾楓義
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  1. 2014-9-9 16:32:16
 
实际中原副边的参数是不可能完全一致的,你要做均压用的话应该把电阻增大,要不值与你的取样值太接近误差影响太大了。你就测最高和地就可以进行电压取样了。15KHZ频率这么低,整流二极管有现成的。体积都是够大的。
id1001h
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  1. 2014-8-20 12:40:44
 
额定输入530V/15A,最高输入680V/12A,最低输入450V/18A;
输出2500V/3A的变压器能做吗?
得多大的磁芯才可绕得下副边加强绝缘的线呢?
请专家指导,先谢谢了
熾楓義
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  1. 2014-9-9 16:36:52
 
变压器的效率设计的太高了不合适。磁芯算算面积积就知道用多大的磁芯合适了,再看看绕线匝数就能大概推算出来磁芯窗口面积。面积积=有效截面积*窗口面积
XIELIDIANZI
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  1. 2014-9-14 08:57:25
 
这个好难呀!记个记号学习了!
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  1. 2014-9-14 11:00:12
 
3kv, 也没用加强绝缘线, 做好输出层层绝缘,原副边耐压1万V,1分钟,4ma左右,


具体你用多大的磁芯,得好好算算了,呵呵,我外协的, 这种大功率,deltaB,我们取0.12T, 用Litz绕,这样根据线径,匝数,大概来试,
gun1234
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  1. 2014-9-14 10:53:09
 
6KV,5A 用的谐振,不然你就得好好处理输出二极管的电压应力,升压的变压器,没降压的好弄,
he294605656
  1. he294605656
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  1. 2014-10-14 11:46:10
 
串联输出可行,但是每级电压过高,满足此要求的桥堆很少,可以增加串联级数。这种结构如果保护电路不好的话,一旦遭到冲击破坏时毁灭性的!!!
szhlhdz
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  1. 2015-5-13 16:21:49
 
我们是做LED驱动IC方案的 我们现在在主推灿瑞诚博国际的非隔离驱动方案 非隔离
OCP8161A PIN对PIN BP2831 CL1501
OCP8162A PIN对PIN BP2832 CL1502
OCP8164A PIN对PIN BP2833A CL1503S
OCP8164B PIN对PIN BP2833D CL1503D
OCP8165A PIN对PIN BP2836 CL1506

有需求请直接来电0755-82549527 手机:13723721931 QQ:2414466453
id1000h
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  1. 2015-10-27 11:22:46
 
单个模块输出2300V、2.4A,带载2小时,是否热平衡了?
2300V、2.4A,带载2小时,温升数据如下:
室温由23度升到26度,
变压器铁芯升到74度,内部会更高一点;
电感线包不加风机半小时升到了65度,后来加了一风机,温度由65度降到了58度左右;
整流管温升较小,其散热器在40度左右;
IGBT容量是五个,温度小于40度

请教,多久可以热平衡呢?

本帖最后由 id1000h 于 2015-10-27 11:25 编辑

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  1. 2015-10-28 13:23:40
 
等更新
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  1. 2015-10-31 20:47:42
 
这种方式因器件具有离散行,输出整流二极管的反向恢复不一致,在某个波动的时候很容易听响的,建议单独整流串联。高压是什么拓扑,有软开关吗
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  1. 2015-11-2 08:52:47
 
12.5kV准备分成五个2.5kV单独整流后串联。目前在调试2.5kV/3A,基本正常,最长带过2300V/2.6A,两小时,不知是否热平衡。
方案用的移相全桥,没有软开关。
器件用的150A/1700V的IGBT,开关频率12kHz,
前面一段时间烧IGBT主要是因为副边烧管子引起。

另外变压器原边有一个150kHz的电流振荡,不知有什么影响,是否应该消除,如何消除?请各大师能多指导。

初步推算:隔直电容16.5uF,变压器漏感2.7uH,对应着有150kHz的振荡频率,不知是否由此引起
本帖最后由 id1001h 于 2015-11-2 16:28 编辑

RCD电路串2k电阻后输入电容后总线电流与副边电压.BMP (1.37 MB, 下载次数: 17) 黄线为变压器原边电流,蓝线为副边电压
黄线为变压器原边电流,蓝线为副边电压
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  1. 2015-11-16 10:52:28
 
关于此微波电源方案的系列问题请教探讨:
上次在现场试了用此方案的两个模块,即输出DC5000V,带4500V的磁控管,发现电源这边的主要问题如下,特向论坛大师请教:
实验过程:
第一步、电源调通后,测试带一个磁控管,4500V,2000W,电流限流0.5A,上电正常,限流正常;开机缓启至4500V时,磁控管开始起振有多次起停振荡;起振后限流0.5A,实测0.44A,电压缓慢下降至3680V,未做至最低电压点,估计还会下降一些;诚博国际信号平稳;
第二步、测试带两个磁控管,4500V,2000W,电流限流0.9A,上电正常,限流正常;开机缓启至4300V时,磁控管开始起振;起振后限流0.9A,实测0.75A,电压缓慢下降;诚博国际信号平稳;
第三步、测试带三个磁控管,4500V,2000W,电流限流1.5A,上电正常,限流正常;开机缓启至4100V时,磁控管开始起振;起振后限流1.5A,实测1.06A,电压缓慢下降;诚博国际信号平稳;但开机不久后,输出3A保险烧毁,输出空开跳断;

出现的问题:
1、电源输出的共模电感过热,磁芯过热,数分钟内可升到100度,发现时护盒变形,胶已化掉,磁芯用的非晶磁环,10匝,非晶尺寸外径50,内径35,高15;线径1.2;带阻性负载满载也没见共模电感发热,带磁控管就热得不行了,磁控管2.4GHz工作频率,跟这个频率有关?一时无法理解,后面的实验就把共模短接了。
2、100k/1206贴片采样电阻温度到了82度,这个温度下,贴片电阻还能长期可靠工作吗?

请教,请网友指点:
1、上述测试方法是否有问题,有什么问题?
2、诚博国际输出共模如何设计,这种应用是否可不要,这次发热原因是什么?
3、贴片电阻正常工作可到多少度?

(注:因为第三步实验输出过流后开路,地线上可能产生了高压,因为有几个点与输出共地已全部失效,包括输出显示表头,控制板通讯口,以及台式机因串口共地,也开不了机了)

本帖最后由 id1001h 于 2015-11-16 11:11 编辑

zhaoke89
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  1. 2015-11-18 22:58:46
 
我想知道你这个电源卖多少钱呢
id1001h
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  1. 2015-11-19 13:19:16
 
不太清楚具体价格
也不太清楚工频升压的要多少钱
猜测应该是和工频升压的相当或者更低

工频升压的要多少钱呢?{工频升压:三相380输入,输出DC12.5kV/3A}

zhaoke89
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  1. 2015-11-19 21:41:58
 
诚博国际就那么便宜吗
id1001h
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  1. 2015-11-20 13:19:48
 
我一直也在想这个价格的问题,目前来看,这样调一调,十来万硬件成本眼看就烧没了,如果做不到性格比更高,那项目就没意义了。
这么高电压与功率,讲功率密度意义也不大,因为绝缘是要靠空间距离来保证,但效率还是要考核的。
其实关键我觉得应该是可靠性,可控性,看这两方面能不能比工频方案更突出一些,能满足现场一些控制与调节的特殊要求。

据说进口的诚博国际方案要到五十至一百万一套,不知是真是假,关键是人家单电源还不卖,一定得系统、炉子配套才卖。
请知悉这些相关技术与价格消息的朋友多发表看法,好为项目把控风险与方向,在此深表感谢

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  1. 2015-11-24 08:22:12
 
1、对于反馈控制,建议题主修改一下方案,变压器、高压整流的温度漂移和分布参数一定要考虑到,这样才能保证最终输出的稳定性。高压电阻可以选择韩国3RLAB的高压电阻进行分压后采样、反馈和保护。

2、题主的变压器设计需要解决一些绝缘问题,比如原副边的绝缘、高压端和磁芯的绝缘,不知道是怎么处理的,有兴趣可以交流下。

3、题主是进行PWM控制嘛?这么大的功率还是建议用LCC调频控制,软开关对于降低原边损耗还是很有作用的。
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  1. 2015-11-24 09:57:20
 
非常感谢反扒大队的指导,
1、采用3RLab的高压电阻,我会考虑尝试;有结果就汇报;目前来看,5000V输出的短时间反馈控制还是比较稳定的,长时间有待验证;
2、变压器绝缘确实是大问题,在风冷条件下,绝缘与散热还存在一定的制约关系;
现在的变压器方案大体如下,选了两倍功率的非晶矩形铁芯,保证窗口面积做绝缘;
内层绕铜带原边,保证与铁芯绝缘;内层外面做25kV灌封加强绝缘;绝缘外面绕副边,副边外面再做加强绝缘;
问题是温升起来后,绝缘性能在下降,已发生过副边层间击穿;
3、是移相全桥,开通时的原边冲击电流很大,单个2300V/2.6A会冲到45A;LCC没调过,不敢试啊;

下一步准备在原边串一个电感试试,看能否抑制一下开通时的冲击电流,请多指导



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  1. 2015-11-25 09:44:28
 
1、期待长时间带载加电的测试结果。
2、既然是矩形磁芯题主是否可以考虑原边副边分别绕制?这样绝缘和散热问题都更容易解决一些。可能漏感会比较大,不过这样正好也抵消了一部分原边的串联电感。

3、启动时候把移相角调到最大,然后逐渐减小占空比做慢启动可以解决。不过我用的是UCC3895进行控制,题主如果用DSP的话,也可以用这种思路进行控制吧。



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  1. 2015-11-25 10:30:19
 
1、同样期待;最长带过两小时6000W(设计7500W),2300V/2.6A;
2、第一版变压器就是对边绕的,绝缘过了35kV,但带载完全不行,只能到75%,觉得是磁耦合不行了;后面改成四周绕,带载就起来了;
3、缓启是有的,就像你说的,可正常缓启,但缓启过程中,输出升到900V至1200V时,控制有比较强的振荡,估计是落到电路谐振点了,
我说的冲击电流是指正常工作后,在每个周期的开通瞬间,IGBT有冲击电流,每个周期都有,如图

RCD电路串2k电阻原边电流与副边电压.BMP (1.37 MB, 下载次数: 19) 原边电流与副边电压
原边电流与副边电压
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  1. 2015-11-25 15:10:35
 
2、第一版变压器带载能力不行,估计是漏感太大引起的占空比丢失。
3、现在你的副边出现电压尖峰,感觉是滞后桥臂硬开通的导致的。尝试一下在母线上并联吸收电容试试,可以用小ESR的电容并在开关管的根部。或者增加一下原边的串联电感。
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  1. 2015-11-26 00:14:44
 
我现在关心的更多的是市场   我是搞技术的   我也是想单干了!   技术积累已经到位了。  现在做的军用电源稍微多一些   电磁环境也很复杂。现在能做到很少坏了。我觉得就我这一套技术用到工业电源的话应该比较可靠了。也没什么干扰之类的东西。我给一家做的磁控管电源。单台平均功率10KW用了一年多也没坏过。另外就是价格了   单台50KW的技术也有了。不知道楼主是个什么情况啊。
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  1. 2015-11-26 08:56:06
 
我们情况是这样:
想做一个与微波烧结配套的高压大功率电源;
此前小功率的微波电源是有的,工频方案和诚博国际的都有,3kW,5kW都有;
至于为什么要做大功率诚博国际,因为中间出了一些技术问题,当然直接原因是小功率满足不了生产要求了,
原来想用叠加小磁控管来做大功率,可这样做了几年,问题总是克服不了,
也就是一个大炉子上装了上十个甚至几十个3至5kw的小磁控管,用单个电源来控制单个小磁控管,总功率做到几十上百个kW,
问题是单个电源单个磁控管是可以的,叠加以后就会烧电源模块,也会烧磁控管,怀疑是炉内微波发生反射串扰,导致放电短路等各种极端情况;

因此用单个大功率开关诚博国际单个大功率磁控管就提上日程了;

不知“zhaoke89”大师可否介绍分享下您的技术方案和磁控管相关的知识,特别20至30kW的大功率磁控管技术资料,在此感谢,学习

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  1. 2015-11-27 19:21:52
 
磁控管的输出是怎么连接的?有合成器吗?
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  1. 2015-11-30 15:42:53
 
不清楚磁控管输出如何连接,不懂何为合成器(就是俗称“水负载”???),请赐教

主观认为磁控管输出为微波能辐射进炉子,被工件吸收而发热;
主观认为磁控管后面的电回路可以等效为二极管模型;

请高人指导啊,磁控管特性完全不懂


zhaoke89
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  1. 2015-11-29 22:58:07
 
单台20-30KW的高压电源对变压器绕制的要求还是挺高的,不过我们已经做过单台50KW(35KV/1.5A)左右的了,但是稳压是采用的降频的方式,脉冲工作,散热处理还是风冷的,水冷的话体积应该做出来是比较小的。还是比较好做的。
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  1. 2015-11-30 15:45:02
 
请“zhaoke89”大师分享典型高压电源的框图方案及主要技术指标,多谢
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  1. 2015-11-30 15:45:31
 
请“zhaoke89”大师分享典型高压电源的框图方案及主要技术指标,多谢
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  1. 2015-12-7 22:21:54
 
想了解一下电源项目进展如何了,交流一下或许都有帮助。
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  1. 2015-12-8 10:34:47
 
欢迎交流。
目前从4600V的现场测试来看,电源方案本身可行性还是很高的,主要对后面磁控管负载不太熟;
电源本身的限流,调压,限功率等功能及操控都还是比较完善了,因此上次才没炸管。

最近在准备5000V/3A长期带载(实际可能带4600V/2.65A左右,5000V/3A的负载很难搞),进度会慢一些。
现在变压器没有改版,内部发热后,绝缘会有下降;

经费到位后我会考虑把变压器再改一版,到时候散热和绝缘会改进一些,满载就可能不会有问题了

如果把现有平台移植为其他应用,比如低压大电流或者1000V/10A之类,应该也是可以的,只是体积会有些大,毕竟只有12kHz的主频。


gdpower001
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  1. 2015-12-8 21:59:21
 
如果只是5kV,3A,可以不用灌封环氧的,用风冷就能解决发热问题,不存在绝缘问题。
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  1. 2015-12-11 10:08:31
  2. 倒数10
 
两个2500V/3A模块(实际输出2512V/2.85A,2508V/2.846A)各两小时温升实验,
1、两小时后,变压器还在升温;
2、在当前环境温度20度左右的时候,变压器铁芯外部实测温度66度,变压器内部最高温度应该会超过75度,
3、如果环境温度再升高20度,到40度,变压器内部温度可能超过100度;

温度超过100度后,非晶磁芯没有问题,但内部的绝缘性能会受影响,最终问题还是回到了变压器的散热与绝缘上面了,

有没有导热性能很好的耐高压的灌封材料呢?
有的话就能同时解决散热与绝缘的问题了

2015年12月9日晚上温升实验.png (17.75 KB, 下载次数: 17) 9日晚上2500V/2.85A两小时温升实验
9日晚上2500V/2.85A两小时温升实验
2015年12月10日晚上温升实验.png (19.24 KB, 下载次数: 21) 10日晚上另一模块2500V/2.846A两小时温升实验
10日晚上另一模块2500V/2.846A两小时温升实验
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  1. 2015-12-22 14:32:36
  2. 倒数9
 
上两图中,其中的RCD温度是指:副边电感前的一个强RCD吸收电路,两个温度差异因为风机吹的位置不同引起
关于RCD吸收的论述详见:
《大功率移相全桥变换器若干关键技术研究》P42
http://wenku.baidu.com/link?url= ... y4l3X_L5JdGKZGYsDXu

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  1. 2015-12-29 08:56:40
  2. 倒数8
 
此项目第一阶段5000V验证工作接近尾声,
成功验证了两个2500V串联调试,输出5000V/2.85A,无明显异常;
主要受益于冬天环境温度较低,最终系统散热较快,才没有出现问题;
整个系统输入功率约238*21(W)*3=15kW,输出功率约2502*2.85*2(W)=14.2kW,
大致效率:14.2/15=0.95

下一步如果项目继续进行的话,
首要工作还是进一步改善变压器的散热与绝缘,在40度环境温度下可长期稳定工作,就比较理想了



本帖最后由 id1001h 于 2016-1-11 18:01 编辑

5000V测试现场.jpg (2.24 MB, 下载次数: 16) 5000V测试现场照片,感觉还是很壮观的
5000V测试现场照片,感觉还是很壮观的
ruohan
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  1. 2016-4-18 16:54:46
  2. 倒数7
 
看着是比较壮观了,,
ruohan
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  1. 2016-4-20 13:57:06
  2. 倒数6
 
这么高的电压,这么大的电流,绝缘处理不好会打死人的吧
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  1. 2016-4-20 14:10:27
  2. 倒数5
 
是很危险了,我们前期调试一般都是三个人分工的,专人负责远程控制跳闸,一有异常就按键跳闸断电
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  1. 2016-12-27 18:22:32
  2. 倒数4
 
你的变压器改版没?怎么改版的?
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  1. 2017-2-14 15:49:37
  2. 倒数3
 
变压器改过很多版本,主要是散热与绝缘的矛盾

你可以做高压大功率变压器?
hunyuanqi
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  2. 倒数2
 
我可以做大功率高频高压变压器,你的是干式变压器还是油浸式的?
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  1. 2017-3-16 16:38:34
  2. 倒数1
 
干式,用非晶大环做的
你建议做干式还是油浸呢?
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