[发明专利]一种磁通对称的三柱式三相集成变压器

说明书

本发明公开了一种磁通对称的三柱式三相集成变压器，属于变压器技术领域。包括：三相磁芯柱、绕组及盖板，所述绕组绕制在所述三相磁芯柱上，所述盖板分别设置在所述三相磁芯柱的顶部和底部，所述三相磁芯柱呈等边三角形排布，且三相之间形成交错并联电路，每相支路中的电流大小相同，电流相位互差120°。本发明的变压器，由于三相磁芯柱呈等边三角形排布，当某一相的磁通最大时，该相磁通呈对称路径通过盖板流至其它两相，最后流回至该磁通最大相，因而，流经盖板上各处磁通分布均匀，进而降低磁芯损耗。

技术领域

本发明属于变压器技术领域，更具体地，涉及一种磁通对称的三柱式三相集成变压器。

背景技术

在大功率场合，多相交错并联双向隔离DC/DC拓扑结构由于其电流纹波小、效率高的优势得到了广泛的应用。但是在多相交错并联双向隔离DC/DC拓扑结构中，由于多相交错引入了多个磁性元件，而磁性元件的体积、重量、损耗都在整个变换器中占了很大的比例；即便不断地提高开关频率可以减小磁性元件的体积，但是会使得磁性元件的损耗急剧增大。因此文献提出通过磁集成技术将多个分立磁件绕制在同一个磁芯上，从结构上将多个磁性元件集成在一起，可以有效地减小磁性元件的体积，提高系统的功率密度。

现有的三相交错式双向隔离DC/DC变换器的结构多为长方形，三相磁芯柱呈长方形排列。但是这种结构当某一相的磁通最大时，该相磁通将通过盖板同时流向其它两相，造成该相磁芯柱与该相相邻的磁芯柱之间的盖板磁通大于其他两相之间的盖板磁通，因此盖板磁通分布不均匀，使得磁芯损耗变大。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种磁通对称的三柱式三相集成变压器，其目的在于实现盖板磁通分布均匀，进而降低磁芯损耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁通对称的三柱式三相集成变压器，包括三相磁芯柱、绕组及盖板，所述绕组分别绕制在所述三相磁芯柱上，所述盖板分别设置在所述三相磁芯柱的顶部和底部，所述三相磁芯柱呈等边三角形排布，且三相之间形成交错并联电路，每相支路中的电流大小相同，电流相位互差120°。

进一步地，在所述三相磁芯柱上均开有气隙。

进一步地，所述气隙位于所在的磁芯柱的中间或一端。

进一步地，所述气隙大小l_g与所需励磁电感L_m之间满足下述关系：

其中，N为绕组匝数，μ₀为真空磁导率，A_g为所在相的磁芯柱上的气隙截面积。

进一步地，所述三相磁芯柱的磁阻相等。

进一步地，相邻两相磁芯柱间的距离d及每相磁芯柱的半径r之间满足下述关系式：

其中，I_rms、J分别为流经绕组的电流有效值、电流密度，n为绕组并联层数，h为绕组厚度，e₂为裕度。

进一步地，每相磁芯柱的截面积A_e与所述变压器端电压U满足下述关系式：

其中，B为磁芯磁感应强度。

进一步地，所述绕组为PCB绕组、利兹线绕组或铜箔绕组。

进一步地，所述绕组包括两组线圈，分别形成所述变压器的原边绕组和副边绕组，绕制在对应的磁芯柱上。

进一步地，所述原边绕组和副边绕组的绕制结构为以下任意一种：交错式结构、三明治结构、叠层结构。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：