[发明专利]一种可系列化的半灌封通透型高压高频变压器结构

说明书

本发明公开一种可系列化的半灌封通透型高压高频变压器，该变压器结构为两个U型铁氧体磁芯对接形成的磁芯单元，或者为多个磁芯单元串联形成的磁芯模块，又或者为多个磁芯模块并联形成的整体模块，其中磁芯模块中每两个磁芯单元之间存在一定的间隙。上述每个磁芯单元左右柱上按照上下位置分层绕制初次级绕组。本发明还对上述结构进行了高频变压器部件电位的处理、高压绝缘处理以及爬电距离的结构处理，降低了绝缘设计的难度，在保证绝缘强度的同时避免了全灌封所导致的热量无法散出的问题，整体仍然保持半通透性的结构，增加了散热性能。同时高压绕组灌封结构的设计减少了灌注量，减轻了高压高频变压器的重量和成本。

技术领域

本发明属于电力电子变压器应用技术领域，涉及一种高压高频变压器，具体来说是一种可系列化的半灌封通透型高压高频变压器结构。

背景技术

高频变压器作为电力电子变换器中电压变换和电气隔离的关键部件。一般而言，传统的工频变压器由于频率较低，而使得变压器磁芯体积较大，存在功率密度较低、控制困难等问题，难以满足能量路由器中大容量直流源如光伏发电、蓄电池发电等的灵活接入，同时也难以满足小型化轻量化的需求。随着频率的提高，变压器的体积也随之变小，功率密度提高，且散热面积大幅度减小，损耗密度大导致温升过高，成为了高频变压器目前所面临的主要问题。

对于隔离电压达到10kV或更高水平的高频变压器来说，高频变压器和其周围模块间的爬电距离和空气间隙的考虑，高频变压器初次级绕组之间、铁芯和初次级绕组之间的绝缘强度等因素使得高频变压器的散热结构的设计和绝缘的设计变得更加困难。高频变压器的体积小使高电压等级高频变压器绝缘设计的难度加大。高电压等级高频变压器的设计通常采取全灌注的方式，来提供变压器内部铁芯、初级绕组和次级绕组之间的绝缘强度，对于功率等级比较高的高频变压器，全灌封的形式往往导致散热不足。现有的大多数的对于变压器的绝缘设计采取整体灌注或者采取变压器油的方式进行。但是全灌封设计结构对绝缘材料的耐热性能要求较高，常用于传统的工频变压器的绝缘设计。高频变压器的损耗密度大，全灌封的结构导致变压器的热量集中在内部，无法散出，有可能破坏绝缘，造成难以估量的损失。采用变压器油进行绝缘设计，一方面能够提供绝缘，另一方面可以增强散热，但在电力电子变压器中其结构的设计复杂，油不便于管理因此并不适用。所以如何对于高频变压器进行优化结构的设计，在不改变功率等级和绝缘水平的情况下减低损耗降低温升并做好绝缘设计是关键。

发明内容

本发明的目的是为了在保证高频变压器所需的额定功率、额定电压和电流、所需绝缘强度以及限制的温升条件下，提出了一种高压绝缘通透型高频变压器结构，增强散热效果，提高功率密度，增强绝缘强度。

本发明可系列化的半灌封通透型高压高频变压器结构，包括磁芯模块、初级绕组与次级绕组。

其中，磁芯模块具有由两个U型磁芯对接构成的磁芯单元。初级绕组2与次级绕组均等绕制在磁芯模块左右直边上安装的初级骨架与次级骨架上。以两个U型磁芯的连接面作为分界层，分界层上方与下方为同一类别绕组。

上述初级绕组与初级骨架间设置有聚四氟乙烯板；同时将所有初级绕组及初级骨架整体灌注。灌注成形后，通过聚四氟乙烯板将初级绕组和磁芯单元之间、初级绕组和次级绕组之间进行隔离；同时，次级绕组表面通过绝缘纸或绝缘胶带进行包裹。

本发明的优点在于：

1、本发明高压高频变压器结构，在高压绝缘处理的层面，既要考虑变压器内部磁芯和绕组的绝缘、绕组之间的绝缘，还需要考虑变压器和其他模块间的绝缘配合。本发明在高压侧绕组周围加上绝缘骨架，仅将高压侧绕组进行灌封。

2、本发明高压高频变压器结构，绕组结构舍弃了初次级内外侧绕制和交叉换位的方式，而是采取初次级绕组分开绕制，各自处于磁芯的同一侧位置，为半灌封绕组结构的设计提供了可行性。