[发明专利]一种相变冷却高频高压电力电子变压器

说明书

本发明涉及一种相变冷却高频高压电力电子变压器，包括：变压器本体和相变冷却介质；所述变压器浸泡在所述相变冷却介质中，所述变压器本体包括铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘骨架、底座、顶座和绝缘螺杆，所述铁芯内嵌于所述顶座和所述底座中，所述绝缘螺杆连接所述顶座和所述底座，固定所述铁芯；所述绝缘骨架的两端插入所述顶座和所述底座中，与所述铁芯的距离为20mm，所述绝缘骨架的中间部分开有凹槽，所述次级线圈均匀绕制在所述凹槽内；所述初级线圈使用扁铜带均匀分布在两个所述铁芯柱上，所述铁芯柱上的所述初级线圈的始末端和中间连接端穿过所述顶座引出，所述中间连接端使用金属螺丝连接固定。

技术领域

本发明涉及高频高压变压器技术领域，尤其涉及一种相变冷却高频高压电力电子变压器。

背景技术

电力电子变压器按照冷却方式划分，通常可分为油冷式变压器、干式变压器、相变冷却变压器等几个类别。油冷式变压器的冷却介质为变压器油，其优点是技术成熟，电气强度高，但电力电子变压器的应用场景多为柜体或集装箱，其较大的体积无法保证设备具有足够的功率密度；并且油冷式变压器中的变压器油会随着温度的变化而膨胀或者收缩，长时间运行后，很容易发生漏油现象，造成设备内元器件被污染，严重时还可引起火灾，如果采用强迫油循环方式，则增加了变压器制造的复杂程度，也同样大大增加了变压器的体积。干式变压器避免了油冷式变压器的一些缺点，在电力电子变压器领域应用最为广泛，但其体积同样较大，并且对于耐压要求较高的应用场景，干式变压器往往需要使用绝缘树脂材料灌封，一方面造成其散热能力较差，在设计时线圈需要采用更低的电流密度，另一方面变压器的灌封在工艺上很难保证完全在真空条件下，灌封材料间存留的空气气隙往往造成变压器的局部放电指标过大，长期运行后，变压器存在被击穿的危险。相变冷却变压器是近年来新兴地把相变冷却方法应用到变压器制造的技术，利用相变冷却介质沸点低、绝缘强度高、安全环保等特点，可以在设计变压器时，在保证变压器具备足够耐压强度的条件下，大大缩减初级线圈和次级线圈的绝缘距离，并显著提高线圈的电流密度，从而大大减少了变压器的体积；并且，虽然在变压器运行初始阶段，冷却介质中存在少量的水分，但是随着热交换的不断进行，水分也会汽化成水蒸气而逐渐漂浮在冷却介质表面(冷却介质的密度大于水)，从而使冷却介质越使用越纯净，既保证了变压器初次级线圈之间的绝缘强度保持较高水平，也使得变压器具备较小的局部放电指标，相比于其他两类变压器，具有明显的优势。因此，相变冷却变压器应用前景十分广阔。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种相变冷却高频高压电力电子变压器，其体积更小，性能更稳定。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种相变冷却高频高压电力电子变压器，包括变压器本体和相变冷却介质。所述变压器本体浸泡在所述相变冷却介质中，包括铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘骨架、底座、顶座和绝缘螺杆，所述铁芯内嵌于所述顶座和所述底座中，所述绝缘螺杆连接所述顶座和所述底座，固定所述铁芯；所述绝缘骨架的两端插入所述顶座和所述底座中，为保证初级线圈和次级线圈之间的绝缘强度，并尽量缩减变压器的体积，绝缘骨架与所述铁芯的距离应不少于20mm，所述绝缘骨架的中间部分开有凹槽，所述次级线圈均匀绕制在所述凹槽内；所述初级线圈使用扁铜带均匀分布在两个所述铁芯柱上，所述铁芯柱上的所述初级线圈的始末端和中间连接端穿过所述顶座引出，所述中间连接端使用金属螺丝连接固定。

优选地，所述变压器根据实际电路拓扑需求而设计的额定容量为90kW，最佳工作频率为5K；

优选地，所述变压器的绝缘耐压可以达到70kV/AC/min，保证了变压器次级线圈的对地工作电压可以达到交流20kV，因此非常适合应用在DC-DC变换模块中。

优选地，所述变压器在交流电压为30kV时的局部放电指标在100pC以内，减少了变压器在长期工作后，由于内部电荷积累引起变压器击穿的可能性，延长了变压器的使用寿命。

优选地，所述变压器选用的铁芯材料为饱和磁通密度更高、损耗更小的纳米晶材料。