一種單相大功率磁集成高頻變壓器的製作方法

2023-06-29 03:15:16

本實用新型涉及高頻變壓器技術領域，特別涉及一種單相大功率磁集成高頻變壓器。

背景技術：

在常規的大功率高頻電力電子設備(逆變電路)中一般有兩個磁性元件，一個是承擔電壓轉換功能的變壓器，一個承擔濾波功能的電抗器，電氣原理如圖1所示。圖1中G為直流母線電壓，功率開關管Q1-Q4組成全橋逆變器(亦可為半橋或其他逆變拓撲)，高頻變壓器T的一次側同逆變橋直接相聯構成逆變迴路，二次側同濾波電路(L C)及負載構成迴路，因為變壓器磁耦合的原理，達到了逆變電路和負載之間的功率傳遞和電氣隔離。可根據變壓器一次側、二次側的匝比得到滿足負載需要的電參數，即具有電參數變換的功能。

由於是兩個分立元件，需要分別做相應的圖紙及規格書。在整機裝配中需要對這兩個元件做分別的安裝及連接及說明，調試也需要對兩個元件是參數做分別監控。這樣就增加了整機的複雜性，降低了整機裝配效率和可靠性。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於針對現有大功率高頻電力電子設備中承擔電壓轉換功能的變壓器所存在的上述技術問題而提供一種通過利用變壓器漏感並在變壓器輸出端增加環形磁芯以代替輸出電抗器的單相大功率磁集成高頻變壓器，從而保證電路輸出電感量、減少接線、降低損耗、減少安裝空間以提高功率密度及系統的可靠性。

本實用新型所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現：

一種單相大功率磁集成高頻變壓器，包括鐵芯、兩個初級線圈和兩個次級線圈，兩個初級線圈分為第一初級線圈和第二初級線圈，兩個次級線圈分為第一次級線圈和第二次級線圈，其特徵在於，所述第一初級線圈繞在所述鐵芯外圍，所述第一次級線圈繞在所述第一初級線圈外圍，所述第二初級線圈繞在所述第一次級線圈外圍，所述第二次級線圈繞在所述第二初級線圈外圍，在所述鐵芯與所述第一初級線圈之間、所述第一次級線圈與所述第一初級線圈之間、所述第二初級線圈與所述第一次級線圈之間、所述第二次級線圈與所述第二初級線圈之間均設置有絕緣紙，所述絕緣紙分別將所述鐵芯、第一初級線圈、第一次級線圈、第二初級線圈包裹，所述單相大功率磁集成高頻變壓器整體也採用絕緣紙包裹；第一初級線圈和第二初級線圈上分別設置有第一輸入線、第二輸入線，在所述第一次級線圈和第二次級線圈上分別設置有第一輸出線、第二輸出線，在所述第一輸出線、第二輸出線上分別套有若干小環形磁芯，用作電抗器。

在本實用新型的一個優選實施例中，所述第一初級線圈、第二初級線圈、第一次級線圈、第二次級線圈均採用多股漆包線絞合繞制或採用利茲線繞制或採用銅箔繞制。

在本實用新型的一個優選實施例中，所述鐵芯的材質為非晶或鐵氧體。

在本實用新型的一個優選實施例中，所述小環形磁芯為非晶或納米晶。

在本實用新型的一個優選實施例中，所述絕緣紙為杜邦TM或複合紙。

由於採用了如上的技術方案，本實用新型與現有技術相比，具有如下特點：

1)第一初級線圈、第二初級線圈、第一次級線圈、第二次級線圈均採用多股漆包線絞合繞制或採用利茲線繞制或採用銅箔繞制。

1)本實用新型的第一初級線圈、第二初級線圈、第一次級線圈、第二次級線圈均採用多股漆包線絞合繞制或採用利茲線繞制或採用銅箔繞制，解決了現有技術中因為導線在高頻下會產生趨膚效應(電流沿導體表面流動)，如用普通單根或幾根漆包線則損耗會增加3-10倍，帶滿載後溫升會超出標準值的問題。

2)本實用新型的第一初級線圈、第二初級線圈、第一次級線圈、第二次級線圈的繞制方式由普通層式(內初外次)改成三明治層式(內初中次外初)，這樣可以降低漏感以減少變壓器損耗30％以上。

3)取消電抗器線圈，利用變壓器本身就存在的漏感，再加上在變壓器輸出端套上環形磁芯以滿足系統對感量的要求，磁芯由非晶或納米晶組成，在高頻下具有高導磁低損耗的性能。

4)通過實際測試，本實用新型與目前高頻變壓器現有技術(分開繞制、單股導線、普通繞法)相比有下列優點：a、損耗降低30％以上；b、可靠性提高10％以上；c、體積縮小20％以上。

附圖說明

圖1為現有逆變器及變壓器的示意圖。

圖2為本實用新型的單相大功率磁集成高頻變壓器電氣原理示意圖。

圖3為本實用新型的單相大功率磁集成高頻變壓器的線圈繞制示意圖。

圖4為現有高頻變壓器的線圈繞制示意圖。

圖5本實用新型的單相大功率磁集成高頻變壓器整體結構示意圖。

圖6為圖5的側視圖。

具體實施方式

參見圖2，圖中給出的是一種單相大功率特殊線圈結構的高頻變壓器電氣原理圖，包括鐵芯10、初級線圈20和40、次級線圈30和50。

參見圖4，現有高頻變壓器的初級線圈2和4、次級線圈3和5的繞制方法是初次級是分開繞制，初次間平均距離為兩層線圈再加絕緣層的厚度，具體是：鐵芯1在最內側，用絕緣紙6包裹後繞初級線圈2，接下來包絕緣紙6後繞初級線圈4，然後又包絕緣紙6再繞次級線圈3，繼續包絕緣紙6再繞次級線圈5，最後整體再包絕緣。電抗器單獨設立，其包括電抗器鐵芯7和電抗器線圈8，電抗器線圈8繞在電抗器磁芯7上。

參見圖3和圖5、圖6，單相大功率特殊線圈結構的高頻變壓器電氣原理圖，包括鐵芯10、初級線圈20和40、次級線圈30和50，鐵芯10在最內側，用絕緣紙60包裹後繞初級線圈20，接下來包絕緣紙60後繞次級線圈30，然後又包絕緣紙60再繞初級線圈4，繼續包絕緣紙再繞次級線圈50，最後整體再包絕緣紙60。在初級線圈20和40上分別設置有輸入線21和41，在次級線圈30和50上分別設置有輸出線31和51，在輸出線31和51上分別套有若干小環形磁芯70和71，用作電抗器。

初級線圈20和40、次級線圈30和50採用多股漆包線絞合繞制或利茲線繞制或銅箔繞制，鐵芯10材質為非晶或鐵氧體，小環形磁芯70和71為非晶或納米晶，絕緣紙60為杜邦TM或複合紙。

本實用新型的平均距離為單層線圈加絕緣層的厚度，縮短了50％。電抗器在改進前獨立於變壓器，改進後和變壓器合為一體，使用多個小磁芯套在變壓器輸出線上。