[發(fā)明專(zhuān)利]高壓隔離耐壓平板變壓器及其高壓絕緣方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010716068.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112071583B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹?chē)?guó)恩;王一波;趙勇;國(guó)建鴻
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01F27/28
• 分類(lèi)號(hào): H01F27/28;H01F27/32;H01F27/36
• 代理公司: 北京瀚仁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫(kù);屠曉旭

本發(fā)明屬于平板變壓器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種高隔離耐壓平板變壓器及其高壓絕緣及其高壓絕緣方法，旨在解決傳統(tǒng)變壓器體積龐大，而現(xiàn)有平板變壓器無(wú)法應(yīng)用于隔離耐壓要求較高的場(chǎng)合的問(wèn)題。本發(fā)明包括：低壓和高壓繞組間設(shè)絕緣介質(zhì)，用于高頻電流流通并產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電能的隔離傳輸；低壓繞組連接至低壓側(cè)連接端，高壓繞組通過(guò)高壓繞組出線端連接至高壓側(cè)連接端；低壓與高壓繞組環(huán)形中空部分設(shè)磁芯；PCB應(yīng)力控制單元控制高壓繞組出線端周?chē)碾妶?chǎng)分布；均壓元件組提供高壓繞組出線端和低壓繞組之間梯度變化的電位。本發(fā)明變壓器電場(chǎng)分布均勻、空氣中的電場(chǎng)強(qiáng)度小、減少局部放電、減少電磁干擾、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大、成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于平板變壓器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種高隔離耐壓平板變壓器及其高壓絕緣方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，電力電子變壓器由于具有交直流電壓變換、電氣隔離、功率調(diào)節(jié)與控制等一系列功能優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越廣泛的研究，在電力機(jī)車(chē)牽引、交直流混合配電網(wǎng)/微電網(wǎng)、新能源直流并網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)充電站、數(shù)據(jù)中心供電電源等領(lǐng)域可顯著提升系統(tǒng)的性能、效率和可靠性，具有很大的應(yīng)用潛力。

大容量高耐壓高頻隔離變壓器是電力電子變壓器中隔離型DC-DC變換器的關(guān)鍵核心部件，用于實(shí)現(xiàn)高低壓電氣隔離、電壓等級(jí)變換、功率傳輸?shù)群诵墓δ堋８哳l變壓器的轉(zhuǎn)換效率、功率密度及可靠性對(duì)于變換器及系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行至關(guān)重要。隨著電力電子變壓器在中高壓交直流電網(wǎng)中應(yīng)用的不斷深入，對(duì)高頻變壓器提出了“高隔離耐壓”、“高效率”、“高功率密度”、“高可靠性”的應(yīng)用需求，以全面提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

傳統(tǒng)高壓隔離變壓器在結(jié)構(gòu)方面通常是將銅線圈繞制在磁芯上裝配而成，其體積一般較大，并且相關(guān)寄生參數(shù)較難控制，在生產(chǎn)過(guò)程中也較難保證產(chǎn)品參數(shù)的一致性，對(duì)于模塊化變換器的均壓、均流控制帶來(lái)極大挑戰(zhàn)；在絕緣設(shè)計(jì)方面，通常采用環(huán)氧樹(shù)脂灌封、變壓器油浸泡等絕緣手段實(shí)現(xiàn)高、低壓繞組之間的主絕緣，大部分應(yīng)用中很少考慮變壓器磁芯的接地和出線端子的絕緣設(shè)計(jì)，這樣雖然可實(shí)現(xiàn)高、低壓繞組之間的隔離耐壓，但實(shí)際上是將高壓絕緣問(wèn)題轉(zhuǎn)移到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致電力電子變壓器整體體積龐大，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用。

在高隔離耐壓變壓器出線端子的絕緣設(shè)計(jì)方面，目前有通過(guò)增加絕緣間隙或直接采用高壓電纜終端的方法。然而，增加絕緣間隙進(jìn)一步導(dǎo)致了變壓器體積的增加，且無(wú)法解決出線端電場(chǎng)應(yīng)力集中的問(wèn)題。高壓電纜終端通常采用應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)或采用高介電常數(shù)材料包覆的方法控制電纜終端處的電場(chǎng)應(yīng)力，這兩種方法存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝條件要求高等缺點(diǎn)，無(wú)法直接應(yīng)用于高頻變壓器出線端子的設(shè)計(jì)中。

平板變壓器是高頻變壓器的較新型的結(jié)構(gòu)形式，其采用扁平化的結(jié)構(gòu)，采用EI型、RM型等平板磁芯，繞組方面通常采用銅箔或PCB堆疊構(gòu)成。平板變壓器較常規(guī)變壓器在高度方面得到了極大降低，由于PCB或銅箔匝數(shù)的限制，其通常用于頻率較高(≥100kHz)的小功率(≤3kW)應(yīng)用中。由于平板變壓器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，原副邊繞組之間的絕緣距離有限，目前主要應(yīng)用于隔離耐壓要求較低(≤4kV)的應(yīng)用中。

總的來(lái)說(shuō)，本領(lǐng)域還急需一種可以用于隔離耐壓要求較高的場(chǎng)合的高隔離耐壓平板變壓器。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，即傳統(tǒng)變壓器體積龐大，而現(xiàn)有平板變壓器無(wú)法應(yīng)用于隔離耐壓要求較高的場(chǎng)合的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高隔離耐壓平板變壓器，該變壓器包括低壓側(cè)連接端、低壓繞組、高壓繞組、高壓繞組出線端、高壓側(cè)連接端、絕緣介質(zhì)、磁芯、PCB應(yīng)力控制單元、均壓元件組以及應(yīng)力控制帶；

所述低壓側(cè)連接端，用于所述變壓器與外部低壓電路的連接；

所述低壓繞組，連接至所述低壓側(cè)連接端；所述高壓繞組通過(guò)所述高壓繞組出線端連接至所述高壓側(cè)連接端；

所述高壓側(cè)連接端，用于所述變壓器與外部高壓電路的連接；

所述絕緣介質(zhì)，用于所述低壓繞組與所述高壓繞組之間的高壓隔離；