CN111584205A - 一种电力电子变压器及变压器绝缘电位分布结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器绝缘电位分布结构，包括高电位分布的高压线圈和低电位分布的低压线圈；还包括与所述高压线圈强制钳位成等电位结构的磁芯。应用本发明提供的变压器绝缘电位分布结构，通过将磁芯与高压线圈强制钳位成等电位结构，可以实现同时缩小产品自身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间，实现绝缘结构与空间布局的紧凑化。因而有助于级联型大容量高压电力电子变压器高电压大容量互连需求的产品实现小型化和轻量化。不仅可用于轨道牵引变压器的高电压互连，还可应用于各种非车载的、空间紧凑的有多个高电压级联需求的应用场合。本发明还公开了一种具有上述变压器绝缘电位分布结构的电力电子变压器，同样具有上述技术效果。

Description

一种电力电子变压器及变压器绝缘电位分布结构

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，更具体地说，涉及一种电力电子变压器及变压器绝缘电位分布结构。

背景技术

变压器是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能，实现电能在不同电压等级之间进行转换。

由于受开关器件技术的限制，高电压等级电力电子变压器一般分为多个单元级联，需配套多个高频变压器单体，由于每个单体高频变压器均为全绝缘设计，高频变压器周围的电力电子器件都是高电位。而现有传统变压器的电位分布结构为高压线圈高电位分布、低压线圈低电位分布、磁芯零电位分布。针对现有电力电子变压器高压化、大容量化以及小型化的趋势，采用现有的高频变压器绝缘电位分布结构，为了满足电力电子变压器中电力电子高压模块与高频变压器的电气间隙与爬电距离，电力电子变压器中电力电子高压模块与高频变压器之间的绝缘距离选取需按照高电压等级足量选取，所需空间很大，安装空间也受限，不利于高频变压器的小型化。

综上所述，如何有效地解决高频变压器绝缘电位分布结构在高压大容量电力电子变压器中集成安装所需绝缘空间大等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种变压器绝缘电位分布结构，该变压器绝缘电位分布结构的结构设计可以有效地解决高频变压器绝缘电位分布结构在高压大容量电力电子变压器中集成安装所需绝缘空间大的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述变压器绝缘电位分布结构的电力电子变压器。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种变压器绝缘电位分布结构，包括高电位分布的高压线圈和低电位分布的低压线圈；还包括与所述高压线圈强制钳位成等电位结构的磁芯。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，包括磁芯钳制高压结构，所述磁芯通过所述磁芯钳制高压结构与所述高压线圈连接以使所述磁芯与所述高压线圈的电位一致。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，所述磁芯钳制高压结构包括由所述磁芯引出的连接件，所述连接件与所述高压线圈通过导线连接。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，所述连接件包括钢板或铝合金板和固定于所述钢板或所述铝合金板上的连接螺栓。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，包括磁芯钳制高压结构，所述高压线圈与电力电子变压器的电力电子高压模块连接且电位相同，所述磁芯通过所述磁芯钳制高压结构与所述电力电子高压模块连接以使所述磁芯与所述高压线圈的电位一致。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，所述磁芯钳制高压结构包括由所述磁芯引出的连接件，所述连接件与所述电力电子高压模块通过导线连接。

优选地，上述变压器绝缘电位分布结构中，所述连接件包括钢板或铝合金板和固定于所述钢板或所述铝合金板上的连接螺栓。

本发明提供的变压器绝缘电位分布结构包括高电位分布的高压线圈、低电位分布的低压线圈和与高压线圈强制钳位成等电位结构的磁芯。

应用本发明提供的变压器绝缘电位分布结构，通过将磁芯与高压线圈强制钳位成等电位结构，可以实现同时缩小产品自身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间，实现绝缘结构与空间布局的紧凑化。因而有助于级联型大容量高压电力电子变压器高电压互连需求的产品实现小型化和轻量化。不仅可用于轨道牵引变压器的高电压互连，还可应用于各种非车载的、空间紧凑的有多个高电压级联需求的应用场合。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种电力电子变压器，该电力电子变压器包括上述任一种变压器绝缘电位分布结构。由于上述的变压器绝缘电位分布结构具有上述技术效果，具有该变压器绝缘电位分布结构的电力电子变压器也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的变压器绝缘电位分布结构的结构示意图；

图2为本发明另一个具体实施例的变压器绝缘电位分布结构的结构示意图。

附图中标记如下：

低压线圈1，磁芯2，磁芯钳制高压结构3，高压线圈4，电力电子高压模块5。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种变压器绝缘电位分布结构，以实现电力电子变压器中电力电子高压模块与高频变压器之间绝缘空间的紧凑化。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个具体实施例中，本发明提供的变压器绝缘电位分布结构包括高电位分布的高压线圈、低电位分布的低压线圈和与高压线圈强制钳位成等电位结构的磁芯。

其中，高压线圈高电位分布，低压线圈低电位分布，磁芯常规为零电位分布。本申请通过将磁芯与高压线圈强制钳制成等电位结构，使得磁芯也呈高电位。具体的钳制方式或钳制结构可参考现有技术中常规设置，此处不做具体限定。

应用本发明提供的变压器绝缘电位分布结构，通过将磁芯与高压线圈强制钳位成等电位结构，可以实现同时缩小产品自身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间，实现绝缘结构与空间布局的紧凑化。因而有助于级联型大容量高压电力电子变压器高电压互连需求的产品实现小型化和轻量化。不仅可用于轨道牵引变压器的高电压互连，还可应用于各种非车载的、空间紧凑的有多个高电压级联需求的应用场合。

在一个具体实施例中，请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的变压器绝缘电位分布结构的结构示意图。该变压器绝缘电位分布结构包括磁芯钳制高压结构3，磁芯2通过磁芯钳制高压结构3与高压线圈4连接以使磁芯2与高压线圈4的电位一致。也就是通过设置磁芯钳制高压结构3，来实现磁芯2与高压线圈4的等电位连接，当然磁芯钳制高压结构3的设置应不影响变压器高压线圈4、低压线圈1及磁芯2间的正常工作。在该实施例中，通过磁芯钳制高压结构3将磁芯2与高压线圈4连接实现磁芯2与高压线圈4电位一致，从而便于缩小变压器本身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间。

具体的，磁芯钳制高压结构3包括由磁芯2引出的连接件，连接件与高压线圈4通过导线连接。也就是连接件的一端与磁芯2连接，另一端引出至磁芯2外，以便于与高压线圈4连接。具体通过导线将连接件与高压线圈4连接后，则磁芯2实现与高压线圈4等电位。

进一步地，连接件包括钢板或铝合金板和固定于钢板或铝合金板上的连接螺栓。也就是有磁芯2引出钢板或铝合金板，钢板或铝合金板上固定有连接螺栓，通过连接螺栓能够方便地与导线连接，进而实现与高压线圈4的连接。当然，根据需要磁芯钳制高压结构3也并不局限于上述钢板或铝合金板及连接螺栓通过导线连接的结构，也可以采用其他常规结构实现高压线圈4与磁芯2的电位一致。

在另一个具体实施例中，请参阅图2，图2为本发明另一个具体实施例的变压器绝缘电位分布结构的结构示意图。该变压器绝缘电位分布结构包括磁芯钳制高压结构3，高压线圈4与电力电子变压器的电力电子高压模块5连接且电位相同，磁芯2通过磁芯钳制高压结构3与电力电子高压模块5连接以使磁芯2与高压线圈4的电位一致。也就是通过设置磁芯钳制高压结构3，来实现磁芯2与高压线圈4的等电位连接，与上述实施例不同的是，该实施例中是通过将磁芯钳制高压结构3与电力电子高压模块5连接，由于电力电子高压模块5与高压线圈4的电位一致，故磁芯2的电位与电力电子高压模块5及高压线圈4均一致。电力电子高压模块5具体可以为电力电子变压器的高压整流模块或高压逆变模块等。该电力电子变压器包括高频变压器，前述高压线圈4、低压线圈1及磁芯2均为该高频变压器的结构。

当然磁芯钳制高压结构3的设置应不影响变压器高压线圈4、低压线圈1、磁芯2及电力电子高压模块5的正常工作。在该实施例中，通过磁芯钳制高压结构3将磁芯2与电力电子高压模块5连接实现磁芯2与高压线圈4电位一致，从而便于缩小变压器本身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间。

具体的，磁芯钳制高压结构3包括由磁芯2引出的连接件，连接件与电力电子高压模块5通过导线连接。也就是连接件的一端与磁芯2连接，另一端引出至磁芯2外，以便于与电力电子高压模块5连接。具体通过导线将连接件与电力电子高压模块5连接后，则磁芯2实现与电力电子高压模块5等电位。

进一步地，连接件包括钢板或铝合金板和固定于钢板或铝合金板上的连接螺栓。也就是有磁芯2引出钢板或铝合金板，钢板或铝合金板上固定有连接螺栓，通过连接螺栓能够方便地与导线连接，进而实现与电力电子高压模块5的连接。当然，根据需要磁芯钳制高压结构3也并不局限于上述钢板或铝合金板及连接螺栓通过导线连接的结构，也可以采用其他常规结构实现电力电子高压模块5与磁芯2的电位一致。

以下以一个具体实施例说明。

针对装有高频变压器的某级联型大容量电力电子变压器，如下图2所示。根据铁路网电压等级，电力电子变压器的电力电子高压模块5和高频变压器中的高压电位结构(一般为高压线圈4)均需要承受接触网的高电压(最高为25kV)，分n个单元级联，通过磁芯钳制高压结构3来使得高频变压器的磁芯2与高压电位结构、电力电子变压器的电力电子高压模块5的电位一致，这就使得高频变压器自身的绝缘结构尺寸缩小15-20％，与此同时高频变压器与电力电子高压模块5所需的安全绝缘空间减少15％-25％，实现了级联产品的小型化，提高了产品的功率密度。

综上，本发明提供的变压器绝缘电位分布结构，根据电压等级所需的安全距离，及各电位结构间的电气间隙和爬电距离，通过磁芯钳制高压结构3来使得磁芯2与高压线圈4电位一致,可以实现同时缩小产品自身的绝缘尺寸以及与高压安装环境的绝缘空间，实现绝缘结构与空间布局的紧凑化。且本发明的模块化设计理念，可使产品适用的高电压等级不局限在某一特定电压值，适用范围在10kv～85kv。

基于上述实施例中提供的变压器绝缘电位分布结构，本发明还提供了一种电力电子变压器，该电力电子变压器包括上述实施例中任意一种变压器绝缘电位分布结构。由于该电力电子变压器采用了上述实施例中的变压器绝缘电位分布结构，所以该电力电子变压器的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种变压器绝缘电位分布结构，包括高电位分布的高压线圈和低电位分布的低压线圈；其特征在于，还包括与所述高压线圈强制钳位成等电位结构的磁芯。

2.根据权利要求1所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，包括磁芯钳制高压结构，所述磁芯通过所述磁芯钳制高压结构与所述高压线圈连接以使所述磁芯与所述高压线圈的电位一致。

3.根据权利要求2所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，所述磁芯钳制高压结构包括由所述磁芯引出的连接件，所述连接件与所述高压线圈通过导线连接。

4.根据权利要求3所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，所述连接件包括钢板或铝合金板和固定于所述钢板或所述铝合金板上的连接螺栓。

5.根据权利要求1所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，包括磁芯钳制高压结构，所述高压线圈与电力电子变压器的电力电子高压模块连接且电位相同，所述磁芯通过所述磁芯钳制高压结构与所述电力电子高压模块连接以使所述磁芯与所述高压线圈的电位一致。

6.根据权利要求5所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，所述磁芯钳制高压结构包括由所述磁芯引出的连接件，所述连接件与所述电力电子高压模块通过导线连接。

7.根据权利要求6所述的变压器绝缘电位分布结构，其特征在于，所述连接件包括钢板或铝合金板和固定于所述钢板或所述铝合金板上的连接螺栓。

8.一种电力电子变压器，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的变压器绝缘电位分布结构。

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