SK8343Y1 - Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia - Google Patents
Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia Download PDFInfo
- Publication number
- SK8343Y1 SK8343Y1 SK226-2017U SK2262017U SK8343Y1 SK 8343 Y1 SK8343 Y1 SK 8343Y1 SK 2262017 U SK2262017 U SK 2262017U SK 8343 Y1 SK8343 Y1 SK 8343Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- transformer
- power
- isolation
- liquid
- toroidal shape
- 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 v toroidnom vyhotovení sa vyznačuje tým, že medzi magnetický obvod (10) a primárnu cievku (30) je vložený kvapalinový chladič (20) na 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 galvanicky 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.
Description
Technické riešenie sa týka konštrukčného riešenia pre stredofŕekvenčný výkonový transformátor v toroidnom vyhotovení s prispôsobením na chladenie magnetického obvodu a čiastočne aj vinutia kvapalinou pri zachovaní požiadavky na vysokú napäťovú pevnosť anízku hladinu čiastočných výbojov. Chladiacou kvapalinou v tomto prípade nie je transformátorový olej, ale voda resp. zmes nemrznúcej kvapaliny s vodou na použitie pri teplote okolia a aj pri teplote pod bodom mrazu.
Doterajší stav techniky
Bezprostrednou súčasťou galvanický oddelených DC-DCmeničov vyššieho napätia a výkonu sú oddeľovacie transformátory. Navrhované riešenie umožňuje realizovať galvanický oddelené DC-DC meniče spínaných výkonových zdrojov s vyšším výkonom (viac ako 40 kVA) použitím kvapalinou chladeného oddeľo vacieho stredofrekvenčného výkonového transformátora. Aktívny záujemo 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 vhodných 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 tolerancií, 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 stredofŕekvenčný výkonový transformátor.
Pri väčšine 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 stredofŕekvenčné výkonové transformátory realizovať použitím magneticky mäkkých materiálov z amorfných kovových materiálov (AKM), nanokryštalických materiálov (NKM) alebo feritov. Vzhľadom na stúpajúce požiadavky na zvýšenie merného výkonu je použitie feritových jadier pre túto výkonovú triedu stredofŕekvečného transformátora neaktuálne vzhľadom na rozmery a hmotnosť takéhoto stredofŕekvečného 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 tak z (AKM), ako z NKM. V podstatne širšom rozsahu sú dostupné toroidné jadrá z AKM, resp. NKM, ale ich použitie je technologicky realizovateľné pre stredofŕekvečné transformátory s max. výkonom cca 40 < 50 kVA (závislé od frekvencie a hodnoty napätia resp. prevodu transformátora, izolačnej pevnosť a i.), vzhľadom na /hotoviteTnosť 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 ofúkovaním, a preto je potrebné pristúpiť k návrhu magnetického obvodu buď s iným tvarom jadier než toroidné tvary, alebo navrhnúť efektívnejší spôsob chladenia.
Podstata technického riešenia
Požadované zvýšenie výkonu pri zachovaní toroidnej konštrukcie je možné dosiahnuť implementovaním kvapalinového chladenia s dôrazom na odvedenie tepla z jadra (jadier) stredofŕekvečného 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 rúrky. 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 umiestnením jednotlivých komponentov v plášti a zaliatím polyuretánovou (pripadne 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.
S K 8343 Υί
Prehľad obrázkov na výkresoch • Obr. 1: Spôsob vyhotovenia kvapalinového chladiča • Obr. 2: Pohľad na principiálne znázornenie konštrukčného riešenia kvapalinou (vodou) chladeného oddeľovacieho stredofrekvenčného výkonového trans formátor toroidného vyh otovenia
Príklady uskutočnenia
Na obr. 1 a 2 je znázornený konkrétny príklad realizovania technického riešenia na realizáciu stredofrekvenčného výkonového transformátora, s kvapalinových vzduchovým chladením Transformátor pozostáva z viacerých hlavných častí: magnetický obvod 10, kvapalinový chladič 20, primárna cievka 30, sekundárna cievka (cievky) 40 a plášť transformátora 50.
Magnetický obvod 10 je tvorený dvojicou (pripadne 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 na vstup a výstup chladiaceho média, chladič 20 je taktiež opradený izoláciou 61. Ďalšou vrstvou 30 je primárna cievka (prípadne viacero cievok) tvorená vinutím z vysokofrekvenčného 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 zaliaty izolačnou hmotou (napr. polyuretánová alebo epoxidová živica).
Priemyselná využiteľnosť
Konštrukčné riešenie kvapalinou chladeného stredofrekvenčného výkonového oddeľovacieho trans forrnátora možno využívať na stavbu DC-DC meničov vyššieho výkonu na kompletovanie meničov pomocných pohonov rušňov, stabilizovaných výkonových prúdových zdrojov na napájanie magnetických systémov synchrotrónov, v napájacích systémoch nepretržitého napájania a pri výrobe elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov, prinášajúc výraznú úsporu rozmerov a hmotnosti samotných transformátorov, oproti riešeniam s transformátormi realizovanými pri priemyselnej frekvencii.
Claims (1)
- Kvapalinou chladený stredofrekvenčný výkonový oddeľovací transformátor v toroidnom vyhotovení, vyznačujúci sa tým, že medzi magnetický obvod (10) a primárnu cievku (30) je vložený kva5 palinový chladič (20) na odvod strát z magnetického obvodu (10).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (sk) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (sk) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK2262017U1 SK2262017U1 (sk) | 2018-09-03 |
SK8343Y1 true SK8343Y1 (sk) | 2019-02-04 |
Family
ID=63302164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK226-2017U SK8343Y1 (sk) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK8343Y1 (sk) |
-
2017
- 2017-10-20 SK SK226-2017U patent/SK8343Y1/sk unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK2262017U1 (sk) | 2018-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8519813B2 (en) | Liquid cooled inductor apparatus and method of use thereof | |
US8816808B2 (en) | Method and apparatus for cooling an annular inductor | |
US8009008B2 (en) | Inductor mounting, temperature control, and filtering method and apparatus | |
US8203411B2 (en) | Potted inductor apparatus and method of use thereof | |
US8624696B2 (en) | Inductor apparatus and method of manufacture thereof | |
JP6195627B2 (ja) | 電磁誘導機器 | |
US8125777B1 (en) | Methods and apparatus for electrical components | |
US11831250B2 (en) | Multiple-switch types hybrid PEBB power converter | |
US20120229986A1 (en) | Power conversion system using ferromagnetic enclosure with embedded winding to serve as magnetic component | |
Atalla et al. | Advancements in high power high frequency transformer design for resonant converter circuits | |
Li et al. | A high-frequency pcb-winding transformer design with medium voltage insulation for solid-state transformer | |
CN212010641U (zh) | 一种电感 | |
US11404203B2 (en) | Magnetic unit and an associated method thereof | |
SK8343Y1 (sk) | Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia | |
US20140085757A1 (en) | Surge blocking inductor | |
Spanik et al. | Usign planar transformers in soft switching dc/dc power converters | |
KR20220144955A (ko) | 유입식 고주파 변압기 및 이의 제조 방법 | |
SK288991B6 (sk) | Kvapalinou chladený oddeľovací stredofrekvenčný výkonový transformátor toroidného vyhotovenia | |
JP2020136364A (ja) | 変圧器 | |
US20230033439A1 (en) | Electrotechnical device for an aircraft | |
EP4109725A1 (en) | Multiple-switch types hybrid pebb power converter | |
CN220155338U (zh) | 电源变换装置 | |
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 | |
US11990766B2 (en) | Wireless power transfer apparatus with radially arrayed magnetic structures | |
US20230230762A1 (en) | High frequency medium voltage transformer with central insulating divider |