具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统技术方案

一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统，其中，辅助机械支撑结构设置于外部绝缘套筒内；散热风扇为两个，分别设置于外部绝缘套筒内部的底部和顶部；多绕组高频变压器设置于辅助机械支撑结构上。辅助机械支撑结构包括若干层对称三柱机械结构，其中层数由多绕组高频变压器数量确定。本发明专利技术集成了多个多绕组变压器和通风冷却，解决了模块化设计和集成制造问题；针对多模块多绕组高频变压器组件，解决了器件集成、引线绝缘与外电路连线接口、通风散热等关键问题，提高冷却效果并减小系统体积。底部和顶部安装风机且风量在外绝缘套筒内得到充分利用，解决了高频变压器因磁芯气隙引起扩散磁场对线圈损耗增加的问题。

【技术实现步骤摘要】
具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统
本专利技术涉及高频变压器
，具体地，涉及一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统。
技术介绍
电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。现有的电力变压器产品中，兆瓦级大容量光伏发电直接并网工频配电变压器占用空间大，消耗材料多。模块化高频变压器尺寸比传统工频变压器小得多、功率密度高，采用隔离型多电平光伏逆变交流并网发电系统需要数量较多的多绕组高频变压器。高频变压器损耗的热负荷高，散热困难，这使每相若干高频变压器的空间布置和通风冷却结构设计变得困难。因此，如何解决众多高频变压器的空间布置和散热问题，是本领域的技术难点，目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，包括：外部绝缘套筒、若干多绕组高频变压器、散热风扇以及辅助机械支撑结构；其中：所述辅助机械支撑结构设置于外部绝缘套筒内；所述散热风扇为两个，分别设置于外部绝缘套筒内部的底部和顶部；所述多绕组高频变压器设置于辅助机械支撑结构上；每一个所述多绕组高频变压器均包括：壳式磁芯及绕组组件、磁轭和绝缘材料；其中：所述壳式磁芯及绕组组件中，壳式磁芯包括分段式磁芯柱，绕组包括输入线圈和输出线圈，其中，所述输入线圈紧靠分段式磁芯柱设置，所述输出线圈为多个，并自上而下依次套装于所述输入线圈的外侧；所述磁轭包括上磁轭、下磁轭以及分别与上磁轭和下磁轭连接且呈空间对称分布的多个旁路磁轭，其中，所述上磁轭和下磁轭分别设置于所述壳式磁芯及绕组组件的上侧和下侧，所述多个旁路磁轭分别设置于输出线圈的外侧；所述绝缘材料分别设置于输入线圈与输出线圈之间、输入线圈与分段式磁芯柱之间、输出线圈与旁路磁轭之间、以及壳式磁芯及绕组组件与上磁轭和下磁轭之间。优选地，所述分段式磁芯柱包括上、中、下三部分，其中，中段磁芯柱采用低磁导率磁性材料，其饱和磁感应强度高于上、下两段磁芯柱，上、下两段磁芯柱均采用高磁导率磁性材料。优选地，所述中段磁芯柱长度根据串联谐振条件下的漏电感参数与主电感参数最佳匹配要求进行调整。优选地，所述上磁轭和下磁轭均包括中间圆盘部分和与中间圆盘部分一体成型的多个分支部分，其中，所述中间圆盘部分覆盖输入线圈和输出线圈，多个分支部分分别与多个旁路磁轭一一对应连接。优选地，所述上磁轭、下磁轭和旁路磁轭均采用高磁导率磁性材料。优选地，所述外绝缘套筒包括可拆分连接的两部分，外绝缘套筒的两侧分别开有引出线通孔。优选地，相邻两个所述引出线通孔之间的间距满足引出线电压和绝缘耐压要求。优选地，所述输入线圈的引出线通过设置于外部绝缘套筒一侧的通孔引出；所述输出线圈的引出线通过设置于外部绝缘套筒另一侧的通孔引出。优选地，所有引出线在外绝缘套筒通孔处固定。优选地，所述辅助机械支撑结构包括若干层对称三柱机械结构，其中层数由多绕组高频变压器数量确定；每一层所述对称三柱机械结构均包括Y型凹槽支撑板，相邻两层Y型凹槽支撑板之间通过三根等长度绝缘管支撑设置，所有绝缘管上下对齐形成三柱对称结构，Y型凹槽支撑板边缘通孔中心与绝缘管轴线一致，并通过拉紧杆固定。优选地，所述Y型凹槽支撑板与磁轭之间填充和敷设有导热胶。优选地，两个所述散热风扇中，位于底部的散热风扇用于送风，位于顶部的散热风扇用于抽风。优选地，所述壳式磁芯及绕组组件产生的热量通过散热风扇强迫通风冷却，所述外部绝缘套筒和多绕组高频变压器之间的空间形成冷却风道。优选地，所述组件还包括转轮，所述转轮安装于外部绝缘套筒的外部的底部上。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种应用上述任一项所述的多模块多绕组高频变压器组件构成的电力系统，其中，所述多模块多绕组高频变压器组件为一个，一个所述多模块多绕组高频变压器组件通过前后级变换器构成一相系统；或所述多模块多绕组高频变压器组件为多个，多个所述多模块多绕组高频变压器组件之间通过前后级变换器构成三相系统。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下至少一项有益效果：1、本专利技术提供的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统，针对多模块多绕组高频变压器，解决了传统配电变压器磁芯和绕组绝缘间距过大和散热困难的问题，由于每个高频变压器输入线圈前端是输入侧H桥逆变器和串联谐振电容，每个输出线圈接不可控H桥整流器并经电容器滤波稳压，再经H桥逆变器构成级联式多电平逆变器,前端H桥逆变器含串联谐振电容模块和后端不可控整流器含电容滤波稳压模块与中间高频变压器之间都只有电气连线；同样地，电容滤波稳压输出与级联式多电平逆变器之间也只有电气连线，而高频变压器之间没有电气连线，提高分立高频变压器的系统集成度和光伏发电各子系统间的接口界面清晰度。2、本专利技术提供的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统，在外部绝缘套筒的底部和顶部安装散热风扇且风量得到充分利用，解决了通风散热难题。3、本专利技术提供的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统，辅助机械支撑结构不仅有效地固定高频变压器，而且凹槽支撑板与磁轭之间通过填充和敷设导热胶提供了与磁芯之间热传导的途径，有利于高频变压器散热。4、本专利技术提供的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件及系统，集成了多个多绕组变压器和通风冷却，解决了模块化设计和集成制造问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一优选实施例中具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件局部剖视图；图2为图1中所示具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件的俯视图；图3为本专利技术一优选实施例中多绕组高频变压器结构示意图；其中，(a)为壳式磁芯及绕组组件与旁路磁轭之间的位置关系结构示意图；(b)为分段式磁芯柱结构示意图；(c)为上磁轭、旁路磁轭以及固体绝缘填充结构之间的连接关系示意图；图中：1为外部绝缘套筒，2为多绕组高频变压器，3为拉紧杆及其绝缘管，4为Y型凹槽支撑板，5为散热风扇，6为输入线圈，7为输出线圈(多个)，8为上磁轭，9为下磁轭，10为旁路磁轭(其中10-1、10-2和10-3分别为与上磁轭和下磁轭的分支部分连接的旁路磁轭)，11为分段式磁芯柱(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，其特征在于，包括：外部绝缘套筒、若干多绕组高频变压器、散热风扇以及辅助机械支撑结构；其中：/n所述辅助机械支撑结构设置于外部绝缘套筒内；/n所述散热风扇为两个，分别设置于外部绝缘套筒内部的底部和顶部；/n所述多绕组高频变压器设置于辅助机械支撑结构上；/n每一个所述多绕组高频变压器均包括：壳式磁芯及绕组组件、磁轭和绝缘材料；其中：/n所述壳式磁芯及绕组组件中，壳式磁芯包括分段式磁芯柱，绕组包括输入线圈和输出线圈，其中，所述输入线圈紧靠分段式磁芯柱设置，所述输出线圈为多个，并自上而下依次套装于所述输入线圈的外侧；/n所述磁轭包括上磁轭、下磁轭以及分别与上磁轭和下磁轭连接且呈空间对称分布的多个旁路磁轭，其中，所述上磁轭和下磁轭分别设置于所述壳式磁芯及绕组组件的上侧和下侧，所述多个旁路磁轭分别设置于输出线圈的外侧；/n所述绝缘材料分别设置于输入线圈与输出线圈之间、输入线圈与分段式磁芯柱之间、输出线圈与旁路磁轭之间、以及壳式磁芯及绕组组件与上磁轭和下磁轭之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，其特征在于，包括：外部绝缘套筒、若干多绕组高频变压器、散热风扇以及辅助机械支撑结构；其中：
所述辅助机械支撑结构设置于外部绝缘套筒内；
所述散热风扇为两个，分别设置于外部绝缘套筒内部的底部和顶部；
所述多绕组高频变压器设置于辅助机械支撑结构上；
每一个所述多绕组高频变压器均包括：壳式磁芯及绕组组件、磁轭和绝缘材料；其中：
所述壳式磁芯及绕组组件中，壳式磁芯包括分段式磁芯柱，绕组包括输入线圈和输出线圈，其中，所述输入线圈紧靠分段式磁芯柱设置，所述输出线圈为多个，并自上而下依次套装于所述输入线圈的外侧；
所述磁轭包括上磁轭、下磁轭以及分别与上磁轭和下磁轭连接且呈空间对称分布的多个旁路磁轭，其中，所述上磁轭和下磁轭分别设置于所述壳式磁芯及绕组组件的上侧和下侧，所述多个旁路磁轭分别设置于输出线圈的外侧；
所述绝缘材料分别设置于输入线圈与输出线圈之间、输入线圈与分段式磁芯柱之间、输出线圈与旁路磁轭之间、以及壳式磁芯及绕组组件与上磁轭和下磁轭之间。


2.根据权利要求1所述的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，其特征在于，所述分段式磁芯柱包括上、中、下三部分，其中，中段磁芯柱采用低磁导率磁性材料，其饱和磁感应强度高于上、下两段磁芯柱，上、下两段磁芯柱均采用高磁导率磁性材料；
所述中段磁芯柱长度根据串联谐振条件下的漏电感参数与主电感参数最佳匹配要求进行调整。


3.根据权利要求1所述的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，其特征在于，所述上磁轭和下磁轭均包括中间圆盘部分和与中间圆盘部分一体成型的多个分支部分，其中，所述中间圆盘部分覆盖输入线圈和输出线圈，多个分支部分分别与多个旁路磁轭一一对应连接；
所述上磁轭、下磁轭和旁路磁轭均采用高磁导率磁性材料。


4.根据权利要求1所述的具有通风冷却结构的多模块多绕组高频变压器组件，其特征在于，所述外绝缘套筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宝昌，李睿，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31