[發明專利]一種散熱片及其設計方法及裝置及變壓器

有效

• 申請號: 201611226714.X
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106783050B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 才志遠;劉海軍;李琳;尹毅然
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國家電網公司;華北電力大學
• 主分類號: H01F27/22
• 分類號: H01F27/22;H01F41/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 馬永芬

本發明提供一種變壓器散熱片的設計方法，包括獲取冷卻風扇的驅動功率；根據所述驅動功率計算不同散熱片間距下的空氣流速；根據不同所述散熱片間距和其對應的所述空氣流速計算散熱片目標間距；根據高度計算散熱片的目標個數，將總熱量分散到每個散熱片計算散熱片的目標尺寸。該方案中，可以最大化地提高散熱片的散熱量同時減小散熱片的重量和體積。在特定的散熱要求下，此方法能夠有效地提高散熱片材料的利用率，較小散熱片體積，能有效降低高頻變壓器穩態溫升，提升其最大容量。

技術領域

本發明涉及變壓器領域，具體涉及一種散熱片及其設計方法及裝置及變壓器。

背景技術

基于電力電子技術，國內外學者開始探索研究實現電能變換的新型智能變壓器-電力電子變壓器(Power Elecronic Transformer,簡稱PET)，也稱固態變壓器(Solid-State Transformer，簡稱SST)。電力電子變壓器作為一種高度可控的新型變電裝備，其突出特點是能夠實現對變壓器原副邊電壓幅值與相位的靈活控制，以滿足智能電網未來發展的許多新要求。而在電力電子變壓器的大功率拓撲的實現中，中間的高頻變壓器本體是最基礎也是最重要的電磁元件。隨著設計容量不斷提高，變壓器體積不斷增大，可通過提升工作頻率的方法減小高頻變壓器本體的物理體積。

因此，高頻變壓器相比與傳統的變壓器，其優勢在于：

(1)相同磁芯結構和尺寸時，變壓器的原副邊電壓等級顯著增大。

(2)相同磁芯結構和尺寸時，變壓器的設計容量和功率密度顯著增大。

(3)應用領域更加廣泛，比如：配電網領域，直流輸電領域，以及未來智能電網領域。用在電力電子拓撲中，組成的電力電子變壓器可實現對原副邊電壓幅值與相位的靈活控制，可以滿足智能電網未來發展的許多新要求。

目前，高頻變壓器的設計中遇到了損耗密度高導致穩態溫升過高的問題，對高頻變壓器的絕緣和使用壽命產生了巨大的威脅，所以合理的設計變壓器的散熱對于提高高頻變壓器的容量和使用壽命都是極為關鍵的，同時也要保證其體積是最小化，以維持高頻變壓器小體積的優點。目前，如果要保證散熱器的散熱效果，則需要散熱片的尺寸較大，無疑使得變壓器的體積較大。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于現有技術中的變壓器散熱片無法滿足新型變壓器對散熱片體積和散熱效率的要求。

為此，本申請提供一種散熱片的設計方法，包括：獲取冷卻風扇的驅動功率；根據所述驅動功率計算不同散熱片間距下的空氣流速；根據不同所述散熱片間距和其對應的所述空氣流速計算散熱片目標間距；根據高度計算散熱片的目標個數，將總熱量分散到每個散熱片計算散熱片的目標尺寸。

優選地，所述獲取冷卻風扇的驅動功率的步驟，包括：

P_N＝u_mzΔp

其中，Δp表示空氣的壓強降落，z表示兩個散熱板之間的間距，u_m表示空氣的流速，P_N表示冷卻風扇的驅動功率。

優選地，根據所述驅動功率計算不同散熱片間距下的空氣流速的步驟，包括：

其中，u_m表示空氣的流速，P_N表示冷卻風扇的驅動功率，z表示兩個散熱板之間的間距，f_appRe表示表面摩擦系數，x⁺表示動力學長度，ρ是空氣的密度。

優選地，根據不同所述散熱片間距和其對應的所述空氣流速計算散熱片目標間距的步驟，包括：計算散熱片單位間距上的散熱量；選取其最大值所對應的間距為目標間距。