[发明专利]一种大功率高频五相磁集成变压器

说明书

本发明公开了一种大功率高频五相磁集成变压器属于高频变压器技术领域。包括五个单相变压器、上磁盖、下磁盖和绝缘结构。单相变压器由内向外包括磁芯柱、初级线圈和次级线圈。五个单相变压器按正五边形错序排布在上磁盖与下磁盖之间，五个初级线圈输入激励相位相差72°，五个初级线圈引出线星型联结，五个次级线圈引入线星型联结。绝缘结构设置在磁芯柱与初级线圈、初级线圈与次级线圈、五个次级线圈和上、下顶盖之间。本发明设计的一种大功率高频五相磁集成变压器具有功率密度高、散热性能强、工作稳定性高的优点，并且具有大范围的漏感、励磁电感调节区间。

技术领域

本发明涉及一种大功率高频五相磁集成变压器，属于高频变压器技术领域。

背景技术

大容量新能源电场通过工频变压器直接并网，占用空间大，功率密度低。随着电力电子技术的迅速发展，模块化电力电子变压器受到更多关注，其包括两大核心元件：大功率高频变压器与电力电子变流器。

对于大功率高频变压器，工作频率的提高可以减小大功率高频变压器体积，提升功率密度。但同时也会导致大功率高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗的增加，并且体积的小型化使导热面积减小，导致大功率高频变压器散热困难。同时随着工作电压与功率容量的增加，大功率高频变压器对绝缘需求进一步提升，因而大功率高频变压器通常包裹有绝缘材料，这导致散热性能进一步下降，影响了大功率高频变压器的工作可靠性。

因此如何提供一种具有良好散热性能和工作可靠性的大功率高频变压器，成为本领域亟待解决的问题。

针对这个问题，有学者从多相式DC/DC变换器入手，提出了一种大功率高频多相磁集成变压器。多相式DC/DC变换器因其低电流应力，低滤波器尺寸需求的优点，更适用于大功率场合，但传统多相式DC/DC变换器中含有多个大功率高频单相变压器，占用体积大，功率密度低，亟需改进。大功率高频多相磁集成变压器则将多相式DC/DC变换器拓扑中多个单相变压器集成于同一个多柱磁芯，可在不减小功率密度条件下，显著增大导热面积，从而获得散热性能的提升，并且多个单相变压器同时工作能保证大功率高频多相磁集成变压器发热均匀，不会出现局部过热现象。因此大功率高频多相磁集成变压器受到了较多的关注。但目前的研究范围主要集中在中小功率高频三相磁集成变压器，如，2018年日本九州大学学者对小功率高频三相磁集成变压器的设计、解耦性进行了研究，2020年加拿大不列颠哥伦比亚大学学者针对新能源汽车充电桩的应用场合，对中等功率下的高频三相磁集成变压器进行了设计。但是对更多相，更大功率的高频多相磁集成变压器的研究方面，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明为实现更佳的大功率高频变压器散热能力，进一步提高大功率高频变压器和模块化电力电子变压器的工作可靠性，对更多相，更大功率的高频多相磁集成变压器进行了研究，提供了一种大功率高频五相磁集成变压器。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种大功率高频五相磁集成变压器，包括五个相同的单相变压器、一个上磁盖S、一个下磁盖X和绝缘结构；所述绝缘结构包括主绝缘结构J1和次绝缘结构J2，所述上磁盖S和下磁盖X的中心位置均开有相同的过线孔K；

将五个单相变压器中的任一个单相变压器记为i相变压器G_i，i代表相，即i＝A，B，C，D，E；所述i相变压器G_i由内向外由一个磁芯柱Z_i、一个初级线圈Y1_i和一个次级线圈Y2_i组成，初级线圈Y1_i、次级线圈Y2_i的形状与磁芯柱Z_i相同，且三者保持同心；在磁芯柱Z_i和初级线圈Y1_i之间填充了次绝缘结构J2，在初级线圈Y1_i和次级线圈Y2_i之间填充了主绝缘结构J1；