[发明专利]磁性元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性元件，尤其是指一种工作在千伏(kV)电压级别上的多兆瓦(mega-Watts，MW)级干式变压器或者电抗器，其在变频器中能够在数百赫兹(Hz)至约1千赫兹的基波频率下工作。

背景技术

目前大多数的商业解决方法实现的变压器是空气进行冷却的或者是通过直接冷却绕组实现冷却的变压器(例如可同时输送冷却液及传导电流的空心金属管)。然而，在兆瓦以上和数百赫兹，甚至1千赫兹基波频率的条件下，空气冷却式变压器的尺寸比较大。而直接冷却用的金属管的堆积因子(packingfactor)较差，导致变压器磁心上的绕组窗口较大。此外，直接冷却的绕组不能像绞合线(1itz-wire)那样换位、绞合，因此能耗比较高。

变压器的液体冷却系统优选地与变频器的冷却回路共用如去离子水的冷却液。现代大功率变频器中的去离子水与变频器中的多个部件接触。例如，去离子水与变频器中的压装型功率半导体器件的铝制散热器接触。因此，在热传导路径上，需要考虑可能出现在金属冷却通道上的电化学腐蚀反应。

基于上面所述，需要提供一种磁性部件，例如在变频器中能够在数百赫兹到约1千赫兹的基波频率下工作的多兆瓦级干式变压器或者电抗器。该变压器或者电抗器可具有比现有方案更高的效率。

发明内容

本发明提供了一种磁性元件，其包括一个或者多个第一绞合线绕组；以及一个或者多个金属冷却管绕组，其中每一第一绞合线绕组与对应的第一金属冷却管绕组一起缠绕在同一骨架上形成一个间接冷却的磁性元件的绕线筒组件。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，以期更好地理解本发明，在附图中：

图1示意了本发明变压器结构的一个实施例。

图2示意了适用于实现图1所示变压器的变压器磁心的一个实施例。

图3示意了用于图2所示变压器磁心上的冷却板的位置关系的一个实施例。

图4示意了图3所示冷却板内的冷却通路的一个实施例。

图5示意了适用于实现图1所示变压器的绕组几何结构的一个实施例。

图6示意了适用于实现图1所示变压器的绕组和冷却结合结构的一个实施例。

具体实施方式

本发明涉及一种磁性元件，尤其是一种可以在高基波频率、高功率条件下工作的磁性元件。磁性元件包括但不限于变压器、电抗器、变压器的一部分结构以及电抗器的一部分结构。其中变压器可以是单相变压器，也可以是三相以及三相以上的变压器。尽管以下实施例均以变压器为例，可以理解的是，本发明并不排除变压器以外的任何具有本发明特征、构思的磁性元件。

图1示意了本发明的一个实施例即一个兆瓦级Δ-Y接法的三相变压器10。该变压器10当根据在此描述的原理进行构造后适用于在数百赫兹的基波频率下工作。在本发明的一个实施例中，变压器10采用去离子水来间接冷却，其将在此进一步详细描述。图1所示的变压器10具有三相，每一相包括第一绕组和第二绕组。其中第一绕组包括用于导电的第一绞合线(litz-wire)绕组12以及用于冷却对应第一绞合线绕组12的第一金属冷却管绕组13。第二绕组包括用于导电的第二绞合线绕组14以及用于冷却对应第二绞合线绕组14的第二冷却管绕组15。三个第一绞合线绕组12设置成Δ型连接，三个第二绞合线绕组设置14成Y型连接。在一些特定的实施例中，所述的第一绞合线绕组12和第二绞合线绕组14均可设置成Y或者Δ型连接。

变压器10的多个实施例设置有磁心(未图示)以及上述的多个绞合线(litz-wire)绕组。该间接冷却的变压器10使用绞合线传导电流，可大大降低线圈的能耗，提高变压器的效率。这些绞合线绕组12、14通过以相邻缠绕的空心金属冷却管绕组13、15进行间接冷却。在一个实施例中，这些空心金属冷却管绕组与这些绞合线绕组嵌入树脂或者环氧树脂中以最大化这些绞合线绕组和空心金属冷却管绕组之间的导热性。这些空心金属冷却管绕组输送可将绞合线绕组上的热量带走的流体，例如去离子水或者其他合适的流体。在一个实施例中，这些流体连续地通过一个设有热交换器的闭环散热系统，该热交换器接收从这些绞合线绕组散发出来的热量。

在此进一步详细描述的变压器的磁心通过安装其上的冷却板进行冷却。流体在冷却板内部的冷却通路流动，将磁心上的热量导入热交换器，其与将在此进一步详细描述的绕组冷却环路类似。