SK2262017U1 - Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape - Google Patents
Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape Download PDFInfo
- Publication number
- SK2262017U1 SK2262017U1 SK226-2017U SK2262017U SK2262017U1 SK 2262017 U1 SK2262017 U1 SK 2262017U1 SK 2262017 U SK2262017 U SK 2262017U SK 2262017 U1 SK2262017 U1 SK 2262017U1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- transformer
- magnetic circuit
- power
- frequency
- toroidal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transformer Cooling (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Kvapalinou chladený stredofrekvenčný výkonový oddeľovací transformátor vtoroidnom vyhotovení vyznačujúci sa tým, že medzi magnetický obvod (10) a primárnu cievku (30) je vložený kvapalinový chladič (20) pre odvod strát z magnetického obvodu (10), pričom sú dodržané požiadavky spojené s vysokou napäťovou pevnosťou na použitie ako oddeľovací transformátor (50). Navrhované riešenie umožňuje realizovať galvanický oddelené DC-DC meniče spínaných výkonových zdrojov. Chladiacou kvapalinou v tomto prípade nie je transformátorový olej, ale voda, resp. zmes nemrznúcej kvapaliny s vodou na použitie pri teplote okolia aj pri teplote pod bodom mrazu.A fluid-cooled mid-frequency power separator transformer with vtoroid design, characterized in that a liquid condenser (20) is inserted between the magnetic circuit (10) and the primary coil (30) to drain losses from the magnetic circuit (10), while maintaining the high voltage requirements. strength for use as a separator transformer (50). The proposed solution makes it possible to realize galvanic separated DC-DC converters of switched power sources. The coolant in this case is not a transformer oil, but water, respectively. a mixture of antifreeze with water for use at ambient temperature even at a temperature below freezing.
Description
Technické riešenie sa týka konštrukčného riešenia pre stredofrekvenčný výkonový transformátor v toroídnom vyhotovení s prispôsobením pre chladenie magnetického obvodu a čiastočne aj vinutia kvapalinou pri zachovaní požiadavky na vysokú napäťovú pevnosť a nízku hladinu čiastočných výbojov. Chladiacou kvapalinou v tomto prípade nie je transformátorový olej, ale voda resp. zmes nemrznúcej kvapaliny s vodou pre použitie pri teplote okolia a aj pri teplote pod bodom mrazu.The technical solution relates to a design for a medium-frequency power transformer in toroidal design with adaptation for cooling the magnetic circuit and partly also winding with liquid while maintaining the requirement for high voltage strength and low level of partial discharges. The coolant in this case is not transformer oil, but water or water. a mixture of antifreeze with water for use at ambient temperature and below freezing.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Bezprostrednou súčasťou galvanicky oddelených DC-DC meničov vyššieho napätia a výkonu sú oddeľovacie transformátory. Navrhované riešenie umožňuje realizovať galvanicky oddelené DC-DC meniče spínaných výkonových zdrojov s vyšším výkonom (viac ako 40 kVA) použitím kvapalinou chladeného oddeľovacieho stredofrekvenčného výkonového transformátora. Aktívny záujem o spínané zdroje súvisí bezprostredne s elektromagnetickou kompatibilitou (EMC) a výkonovými vlastnosťami, ktoré si vynucujú hľadanie nových konfigurácií meničov. Pozornosť je venovaná zvýšeniu merného výkonu meniča použitím vhodný ch technológií a aktívnych a pasívnych prvkov s nízkymi stratami. Samotné spínané zdroje sú charakteristické rozličnými schémami zapojení v závislosti od výstupného výkonu, napájacieho napätia a jeho tolerancii, výstupného napätia a jeho stability, celkovej účinnosti a pod. Vzhľadom na požadované rozmery a hmotnosť meničov sú tieto spínané vyššími frekvenciami, pričom aj predmetný oddeľovací transformátor musí pracovať pri vyššej frekvencii, ako stredofrekvenčný výkonový transformátor.Isolating transformers are an immediate part of galvanically isolated DC-DC converters of higher voltage and power. The proposed solution enables to realize galvanically isolated DC-DC converters of switched power supplies with higher output (more than 40 kVA) using liquid-cooled isolation mid-frequency power transformer. Active interest in switched power supplies is directly related to electromagnetic compatibility (EMC) and performance characteristics that force the search for new inverter configurations. Attention is paid to increasing the specific power of the inverter by using appropriate technologies and active and passive elements with low losses. Switching power supplies themselves are characterized by different wiring diagrams depending on output power, supply voltage and its tolerance, output voltage and its stability, overall efficiency and so on. Due to the required dimensions and weight of the transducers, these are switched at higher frequencies, and the isolation transformer in question must also operate at a higher frequency than the mid-frequency power transformer.
U väčšiny meničov stredných výkonov sú spínacie frekvencie od 10 do 30 kHz, v nasledujúcej dekáde zásluhou vývoja nových polovodičových prvkov to bude posun k frekvencii 50 kHz s perspektívou až 100 kHz. Pre tieto spínacie frekvencie musí byť navrhnutý materiál magnetického obvodu, vinutie a jeho izolačný systém Z dostupných materiálov je možné predmetné stredofrekvenčné výkonové transformátory realizovať použitím magneticky mäkkých materiálov z amorfných kovových materiálov (AKM), nanokryštalických materiálov (NKM), alebo feritov. Váiľadom na stúpajúce požiadavky na zvýšenie merného výkonu je použitie feritových jadier pre túto výkonovú triedu stredofrekvečného transformátora neaktuálne vzhľadom na rozmery a hmotnosť takéhoto stredofrekvečného transformátora. Podľa toho čo je komerčne na trhu dostupné, podľa tvaru jadier je možno použiť toroidné, alebo delené (rezané, tvaru „2C a na bočných hranách zlepené) jadrá ako z (AKM), tak z NKM. V podstatne širšom rozsahu sú dostupné toroidné jadrá z AKM, resp. NKM, avšak ich použitie je technologicky realizovateľné pre stredofrekvečné transformátory s max výkonom cca 40 50 kVA (závisle od frekvencie a hodnoty napätia resp. prevodu transformátora, izolačnej pevnosť a i.), vzhľadom na zhotoviteľnosť vinutí pri aplikácii núteného vzduchového chladenia. Požiadavky na ďalšie zvyšovanie výkonov spínaných zdrojov a tým aj parametrov magnetických obvodov odzrkadľujúce sa vo zvyšovaní výkonov predmetných transformátorov, generujú nové požiadavky, z ktorých je významná práve potreba zvýšenia výkonu, optimalizácia rozmerov a hmotnosti, čo je už ťažko realizovateľné s toroidnými tvarmi jadier, s prirodzeným chladením alebo núteným ofukovaním, a preto je potrebné pristúpiť k návrhu magnetického obvodu buď s iným tvarom jadier než toroidné tvary, alebo navrhnúť efektívnejší spôsob chladenia.For most medium power converters, switching frequencies are from 10 to 30 kHz, and in the next decade, due to the development of new semiconductor devices, this will shift to a frequency of 50 kHz with a perspective of up to 100 kHz. For these switching frequencies, the magnetic circuit material, the winding and its insulation system must be designed. From the available materials, the medium frequency power transformers in question can be realized using magnetically soft materials of amorphous metal materials (AKM), nanocrystalline materials (NKM), or ferrites. In view of the increasing demand for increasing specific power, the use of ferrite cores for this mid-frequency transformer power class is outdated due to the dimensions and weight of such mid-frequency transformer. Depending on what is commercially available on the market, toroidal or split (cut, 2C-shaped and glued to the side edges) cores from both (AKM) and NKM can be used depending on the core shape. To a much wider extent, toroidal cores of AKM and ACM are available. However, their use is technologically feasible for medium-frequency transformers with a maximum output of about 40 50 kVA (depending on the frequency and voltage value, respectively transformer transfer, insulation strength etc.), due to the feasibility of windings in the application of forced air cooling. Requirements for further increasing the power of switched power supplies and hence the parameters of magnetic circuits, reflected in the increasing power of the transformers in question, generate new requirements, of which the need for power increase, dimension and weight optimization, which is difficult to implement with toroidal core shapes, natural cooling or forced blowing, and therefore it is necessary to design a magnetic circuit with a different core shape than toroidal shapes, or to design a more efficient cooling method.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Požadované zvýšenie výkonu pri zachovaní toroidnej konštrukcie je možné dosiahnuť implementovamm kvapalinového chladenia s dôrazom na odvedenie tepla z jadrá (jadier) stredofrekvečného výkonového transformátora. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že medzi toroidné jadro (jadrá) a vinutie primárnej cievky je vložený navrhnutý kvapalinový chladič, vyrobený z polotovaru medenej trubky. V závislosti od výkonu transformátora závisí aj počet jednotlivých jadier magnetického obvodu a tým aj veľkosť navrhnutého kvapalinového chladiča toroidných jadier transformátora. Medzi jadrom (jadrami) a kvapalinovým chladičom, obdobne kvapalinovým chladičom a vinutím je izolačná medzera v závislosti od požadovanej napäťovej pevnosti. Požiadavka na zvýšenú izolačnú pevnosť a min. úroveň čiastočných výbojov, vyhotovenie ako oddeľovací transformátor, je zaistená umiestneným jednotlivých komponentov v plášti a zaliatím polyuretánovou (prípadne epoxidovou) živicou. Dimenzovanie jadier, ale aj primárneho vinutia je ovplyvnené dosiahnutým odvodom tepla pomocou navrhnutého kvapalinového chladiča, prietoku chladiacej kvapaliny chladičom ale aj jeho teplotou.The desired power increase while maintaining the toroidal design can be achieved by implementing liquid cooling with an emphasis on the removal of heat from the core (s) of the mid-frequency power transformer. The principle of the technical solution consists in that between the toroidal core (s) and the winding of the primary coil is inserted a designed liquid cooler made of a copper pipe blank. Depending on the power of the transformer, the number of individual cores of the magnetic circuit and thus the size of the designed liquid cooler of the toroidal transformer cores also depend. There is an insulating gap between the core (s) and the liquid cooler, likewise the liquid cooler and the winding, depending on the desired stress strength. Requirement for increased insulation strength and min. The level of partial discharges, designed as a separating transformer, is ensured by placing the individual components in the housing and embedding it with polyurethane (or epoxy) resin. The dimensioning of the cores, but also of the primary winding is influenced by the heat dissipation achieved by means of the designed liquid cooler, the flow of coolant through the cooler but also by its temperature.
SK226-2017 U1SK226-2017 U1
Prehľad obrázkov na výkresoch • Obr. 1: Spôsob vyhotovenia kvapalinového chladiča • Obr. 2: Pohľad na principiálne znázornenie konštrukčného riešenia kvapalinou (vodou) chladeného oddeľovacieho stredofrekvenčného výkonového transformátor toroidného vyhotoveniaBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1: Method of making a liquid cooler FIG. 2: A view of the principle representation of the design of a liquid (water) cooled medium-frequency isolation transformer of a toroidal design
Príklady uskutočneniaEXAMPLES
Na obr. 1 a 2 je znázornený konkrétny príklad realizovania technického riešenia pre realizáciu stredofrekvenčného výkonového transformátora, s kvapalinových vzduchovým chladením Transformátor pozostáva z viacerých hlavných častí: magnetický obvod h0, kvapalinový chladič 20, primárna cievka 30, sekundárna cievka (cievky) 40 a plášť transformátora 50.In FIG. 1 and 2 show a specific example of realizing a technical solution for realizing a mid-frequency power transformer with liquid air cooling. The transformer consists of several main parts: a magnetic circuit h0, a liquid cooler 20, a primary coil 30, a secondary coil (s) 40 and a transformer housing 50.
Magnetický obvod 10 je tvorený dvojicou (prípadne trojicou, 4, 5 ...n) toroidných jadier z nanokryštalického materiálu, jadrá sú ovinuté izoláciou 11, z vonkajšej strany magnetického obvodu 10 je umiestený kvapalinový chladič 20, s konektormi 21 a 22 pre vstup a výstup chladiaceho média, chladič 20 je taktiež opradený izoláciou 61. Ďalšou vrstvou 30 je primárna cievka (prípadne viacero cievok) tvorená vinutím z vysoko frekvenčného zväzkového vodiča so vstupnou svorkou 31 a výstupnou svorkou 32. Nasleduje sekundárna cievka (prípadne viacero cievok) tvorená vinutím z vysokofrekvenčného zväzkového vodiča so vstupnou svorkou 41 a výstupnou svorkou 42. Medzi jednotlivé vrstvy sú vkladané magneticky nevodivé dištance 62 uspôsobené tak aby bolo dodržané požadované umiestnenie a vzdialenosť jednotlivých vrstiev 10 až 50. Takto vyhotovený transformátor je vo vákuu zaliati izolačnou hmotou (napr. polyuretánová alebo epoxidová živica).The magnetic circuit 10 comprises a pair (or triple, 4, 5 ... n) of toroidal cores of nanocrystalline material, the cores are wrapped with insulation 11, a liquid cooler 20, with connectors 21 and 22 for the inlet, is placed outside the magnetic circuit 10. the coolant outlet 20 is also encased in insulation 61. Another layer 30 is a primary coil (or multiple coils) formed by a high-frequency harness winding with an input terminal 31 and an output terminal 32. This is followed by a secondary coil (or multiple coils) formed by a coil a high-frequency wire conductor with an input terminal 41 and an output terminal 42. Magnetically non-conductive spacers 62 are interposed between the individual layers so as to maintain the desired position and spacing of the individual layers 10 to 50. The transformer thus constructed is vacuum sealed with an insulating material. epoxy nutrients ca).
Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability
Konštrukčné riešenie kvapalinou chladeného stredofrekvenčného výkonového oddeľovacieho transformátora možno využívať pre stavbu DC-DC meničov vyššieho výkonu pre kompletovanie meničov pomocných pohonov rušňov, stabilizovaných výkonových prúdových zdrojov pre napájanie magnetických systémov synchrotrónov, v napájacích systémov nepretržitého napájania a pri výrobe elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov, prinášajúc výraznú úsporu rozmerov a hmotnosti samotných transformátorov, oproti riešeniam s transformátormi realizovanými pri priemy s elnej frekvencii.The design of a liquid-cooled mid-frequency power isolation transformer can be used to build higher-power DC-DC converters to assemble locomotives, locomotives, stabilized power sources for powering magnetic synchrotron systems, continuous power supply systems and renewable power generation. Significant savings in dimensions and weight of the transformers themselves, compared to solutions with transformers realized at the average frequency.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (en) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (en) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK2262017U1 true SK2262017U1 (en) | 2018-09-03 |
SK8343Y1 SK8343Y1 (en) | 2019-02-04 |
Family
ID=63302164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (en) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK8343Y1 (en) |
-
2017
- 2017-10-20 SK SK226-2017U patent/SK8343Y1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK8343Y1 (en) | 2019-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10033178B2 (en) | Linear electromagnetic device | |
US20190148061A1 (en) | Synchronous rectification module | |
JP6195627B2 (en) | Electromagnetic induction equipment | |
US20120229986A1 (en) | Power conversion system using ferromagnetic enclosure with embedded winding to serve as magnetic component | |
WO2021221626A1 (en) | Power electronics building blocks (pebbs) with enhanced power density, reduced size, isolated power ports | |
KR20220144955A (en) | Oil-immersed high frequency transformer and its manufacturing method | |
US20230142063A1 (en) | Liquid/fluid cooling systems for high power-density (hpd) transformers | |
US20200258675A1 (en) | Hybrid transformer for dc/dc converter | |
JP6350345B2 (en) | Transformer module and power receiving device | |
CN212010641U (en) | Inductor | |
SK2262017U1 (en) | Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape | |
US20160336109A1 (en) | Transformer with improved heat dissipation | |
JP2018037480A (en) | Non-contact power supply device and power transmission coil unit for non-contact power supply device | |
EP4092698A1 (en) | Magnetic structures and inductive coupling control | |
US20190385785A1 (en) | Magnetic unit and an associated method thereof | |
Spanik et al. | Usign planar transformers in soft switching dc/dc power converters | |
SK288991B6 (en) | Liquid cooled isolation MF transformer of toroidal shape | |
CN220155338U (en) | Power supply conversion device | |
Imaoka et al. | Feasible Evaluations of Low Profile Magnetic Structure Based on Meander Winding and Split-Magnetic Cores with High-Cooling Capability Used in Power Converters | |
US11469037B2 (en) | Magnet coil with reduced losses and systems for wireless power transfer | |
CN210956373U (en) | Magnetic part | |
CN118942868A (en) | PCB type medium voltage inductor and medium voltage inductor group | |
US20230033439A1 (en) | Electrotechnical device for an aircraft | |
Kampen | Advanced compact medium frequency transformers | |
RU2547809C2 (en) | Pulse transformer |