[发明专利]中频变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种中频变压器（MF变压器），用于换流变压器，例如，在铁路领域，将典型的架空线电压从15kV，25kV，162/3Hz以及25kV50Hz转换成1.8～3.6kV的直流母线电压。当然，这种类型的MF变压器也适用于其他应用。 

背景技术

可以假设，在带有为其开发的电力电子装置的换流变压器中，MF变压器在初级侧上是串联连接的，并且在次级侧上是并联连接的。 

通过这样的MF变压器技术，常规的变压器的重量和体积就能够显著的降低。而且，如果MF变压器—变流器被配置为针对更高的以及不同的工作电压，则其有可能转换不同的电压和频率。 

换流变压器提供了在传统的列车以及车厢中安装驱动器的可能性，所述传统的列车以及车厢在铁路引擎中仍然运行交流电压。这使节能效果可达40％。 

另一方面，也可以在铁路引擎以及高速列车中安装变流变压器，因为通过该变压器技术，可以使他们跨越具有不同的电压和频率的国家边界或系统边界。 

该变压器技术的框架数据是工作电压为15.25～25kV，以及浪涌电压为125至170kV，或者测试交流电压为48至72kV。 

这些工作以及测试电压在相当大的程度上超过了之前用于MF电源变压器的正常电压。这意味着，通常情况下，即便是对于具有相对低的功率输出的MF变压器而言，3至6kV的工作电压或者测试电压也是很少会被超过的。在15至25kV的工作电压时，80kVA以上的功率转换在这一领域是不常见的。 

这意味着，用于该类型的MF变压器的数据要求新的，非传统的技术和设计。 

另外，为了使冷凝器所需的振荡器和谐振电路的容量和权重保持尽可能的低，对于 低漏感有很高的要求。 

在本发明的框架中，这将导致一种类型未知的MF变压器和概念。这些发展的一个很实质性的部分就是必须要给相对的技术物理需求一个可接受的共同点。 

此外，这些MF变压器的电损耗必须保持很低，以便使实际的包括一系列带有下游变流器的MF变压器的变压变流的总效率要高于之前带有象限斩波器以及变流器配置的正常的162/3Hz或者50Hz的变压器。 

一种用于15～25kV以及8～11kHz的MF变压器已经在EP1344230B1中公开了，其初级绕组和次级绕组之间的绝缘部是由云母和环氧树脂灌注材料制成的。 

不仅是针对这种MF变压器，大多数MF变压器都具有一个缺点，即用于获得初级绕组与次级绕组之间的较低漏感并且由固体材料制成的绝缘部必须被设计为非常薄的壁。此外，这些类型的绝缘部不能含有任何气泡，这只能带来很大程度上的困难和支出。 

对于前述的MF固态变压器，初级绕组和次级绕组是由矩形空心管实现的，它们对于绝缘部具有不等的膨胀系数。即使当有可能产生层状绝缘和/或铸造不带有空心气泡的物质，根据它们的局部放电性能（PD性能）这些都是可以接受的，但问题是该类型的变压器能持续作用多久。 

对于固体绝缘，在生产的初步检查之后，大量的刚性空心导体仍然有机会从中间绝缘或地面绝缘脱层。这也可能发生在变压器初始启动很久之后。通过举例的方式，增加的PD值也许会导致初级绕组与次级绕组之间的绝缘部形成导电碳隧道或“树—分支通道”。 

例如在3～6kV之间这样的较低的工作电压下，隧道或者分支通道的形成机会，或者说PD热中断的几率会相对较低，这是因为在空隙中的场强和PD强度通常不高，并且不足以在绝缘中形成导电性隧道的形式的导电性。 

针对具有15～25kV的工作电压的MF变压器，关系会发生根本上的变化，与典型的MF变压器相比，在初级绕组与次级绕组之间的绝缘中的场强会强的多。 

随着在这些电压下逐步的形成隧道，在初始启动多年之后发生的最小空隙或脱层就已经足够使不可接受的PD值能够产生。 

此外，在击穿放电的情况下，会发生高短路容量，据此，该类型的出现，使得高短路容量能够从架空线传输到驱动器区域，或者变流器的电力电子装置。作为这种类型的短路传输的结果，会发生重大损坏。主要由于这些原因，用于这种类型的MF电源变压器的永久性电气保险装置是最重要的。