[發(fā)明專利]一種中頻非晶合金殼式變壓器的散熱方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210152671.0
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102682962A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝寶昌;張涵;蔡旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01F27/08
• 分類號: H01F27/08;H01F27/12;H01F27/24;F28F3/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變壓器散熱技術(shù)，尤其涉及的是一種中頻非晶合金殼式變壓器的散熱方法。

背景技術(shù)

可再生風能利用正由陸上向海上發(fā)展轉(zhuǎn)移。在海上風力發(fā)電中，海底電纜交流傳輸存在無功功率波動大，直流傳輸可以克服這一缺點，將成為今后海上電力傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。此外，陸上分布式發(fā)電系統(tǒng)采用直流電網(wǎng)比交流電網(wǎng)更容易實現(xiàn)多端連接。要實現(xiàn)低壓直流向高壓直流變換必須采用千赫茲級的中頻變壓器。在中頻率條件下，非晶合金相對于電工硅鋼片帶材更薄，具有比鐵芯損耗小的特點。而且中頻變壓器比工頻變壓器的功率密度更高，在相同容量條件下，中頻非晶合金變壓器體積顯著減小，重量更輕，從而節(jié)約資源且整體設(shè)備具備小型化和輕量化特點。因此，采用中頻非晶合金變壓器作為海上風力發(fā)電DC-DC變壓器是未來的一種發(fā)展趨勢。溫升直接影響變壓器性能，會加速繞組絕緣老化，使變壓器油變質(zhì)，縮短變壓器使用壽命。因此控制溫升和最高溫度是變壓器散熱的關(guān)鍵問題之一。

變壓器主要有殼式和芯式兩類，考慮到繞組散熱大多采用芯式結(jié)構(gòu)。對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，文獻“1Megawatt,20kHz,Isolated,Bidirectional?12kV?to?1.2kV?DC-DC?Converter?for?Renewable?Energy?Applications”（The?2010?International?Power?Electronics?Conference），提出單相芯式變壓器的散熱結(jié)構(gòu)，在每個鐵芯柱和低壓繞組之間放置水冷的散熱裝置，這種散熱方法的缺點是在散熱結(jié)構(gòu)上漏磁場引起渦流，增加額外損耗和熱量，此外需要增加水去離子裝置。該文獻還提出了類似的殼式變壓器，在上、下磁軛分別采用鋁板和散熱片的散熱方法；文獻同時提出另一種矩陣式變壓器結(jié)構(gòu)，其中各個低壓繞組獨立，高壓繞組公用并建立層間通風道，再用風扇進行強迫通風冷卻散熱，這兩種結(jié)構(gòu)不僅體積大，建立通風道的高壓繞組布置工藝復(fù)雜。上述三種散熱結(jié)構(gòu)針對12kV干式變壓器可行，但高于35kV電壓等級變壓器的絕緣強度不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)工藝簡單、控制溫升和最高溫度效果好的散熱方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種中頻非晶合金殼式變壓器的散熱方法，具體為：

第一，緊貼殼式變壓器兩個鐵芯柱設(shè)置導(dǎo)熱薄板，通過緊貼鐵芯柱的導(dǎo)熱薄板將中間鐵芯柱的熱量沿導(dǎo)熱板向上下兩邊導(dǎo)出；

第二，帶繞組鐵芯放置在油箱中間，油箱內(nèi)充滿變壓器油，通過變壓器油道冷卻低壓和高壓繞組；

第三，最后通過油箱外表面與空氣的對流換熱，將變壓器產(chǎn)生的熱量傳遞到外部環(huán)境中。

進一步的，上述緊貼殼式變壓器兩個鐵芯柱設(shè)置導(dǎo)熱薄板，具體操作步驟如下：

（1）置備兩張導(dǎo)熱薄板，該兩張導(dǎo)熱薄板一端彎折成“L”型，將所述一端彎折后“L”型導(dǎo)熱板背靠背拼成“T”型導(dǎo)熱板；

（2）將上述“T”型導(dǎo)熱板夾在兩個非晶合金鐵芯柱中間，彎折部分與窗口非打開端吻合；

（3）然后按照正常工藝安裝殼式變壓器高低壓繞組，并關(guān)閉窗口；

（4）將“T”型導(dǎo)熱板的另一端彎折，形成兩個背靠背的“C”型導(dǎo)熱板，彎折部分長度延伸到鐵芯磁軛中間位置；

（5）完成上述步驟后，繼續(xù)按照傳統(tǒng)非晶合金工藝操作完成其余工序即可。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱薄板緊貼著兩個非晶合金鐵芯，兩端的圓角彎折部分向鐵芯窗口的寬度方向上延伸到一半的位置，導(dǎo)熱薄板與鐵芯和變壓器油都有充分的接觸和接觸面積。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱薄板可以使用非磁性導(dǎo)熱性能好的銅薄板加工而成。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱薄板厚度在0.3-1.5mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

第一，兩鐵芯之間夾導(dǎo)熱板，有效地將鐵芯中間段熱量通過導(dǎo)熱板迅速傳導(dǎo)到上下兩端，并與油層充分接觸熱交換，從而顯著降低中間鐵芯柱溫度不均勻分布程度。

第二，高、低壓繞組之間，高壓繞組和鐵芯柱之間都具有足夠尺寸的油路高度，降低了變壓器鐵芯磁軛對油上升路徑的阻力，加快高、低壓繞組和鐵芯柱的散熱，可有效地降低變壓器溫升。

第三，鐵芯外部繞組具有足夠與油接觸的面積，保證繞組端部散熱，確保端部溫度較低。

第四，導(dǎo)熱板夾在兩鐵芯之間，避免繞組漏磁場在導(dǎo)熱板上產(chǎn)生渦流，因此導(dǎo)熱板不會產(chǎn)生額外熱量。

附圖說明