轻量化变压器、轻量化变压器设计方法及高压电源技术

本发明专利技术适用于电力电子领域，提供了一种轻量化变压器、轻量化变压器设计方法和高压电源，轻量化变压器包括：磁芯、磁分流器环形磁芯、初级骨架、初级绕组、次级骨架、次级绕组、第一气隙和第二气隙；所述第一气隙位于所述磁芯的中柱；所述第二气隙位于所述磁芯的边柱；所述磁分流器环形磁芯穿过所述磁芯中柱，距离所述磁芯中柱顶端距离为所述初级骨架的槽宽；所述初级绕组使用利兹线均匀绕在所述初级骨架内；所述次级绕组使用高压绝缘线绕在所述次级骨架内。增加漏感的方式为：利用倍压整流电路和变压器次级绕组中存在的寄生电容，从而实现并联的电容的全部集成，达到减轻变换器重量的最终目的，从而满足飞行器轻量化设计要求。从而满足飞行器轻量化设计要求。从而满足飞行器轻量化设计要求。

Lightweight transformer, lightweight transformer design method and high voltage power supply

【技术实现步骤摘要】
轻量化变压器、轻量化变压器设计方法及高压电源


[0001]本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种轻量化变压器设计方法、轻量化变压器及高压电源。

技术介绍

[0002]电空气动力推进方式是一种新型推进方式，不同于传统机械运动产生推力，推力来源于高电压电离空气产生的“离子风”，同时使用新型推进方式的飞行器所具有的轻量化的特点，因此得到了广大学者关注。电空气动力推进方式依靠一台高功率密度的高压电源，而高压变压器是高压电源中的重要组成，影响着电路的功率密度重要参数。
[0003]传统LCC变换器中的变压器匝比大，初级绕组匝数少、次级绕组匝数多，变压器初级漏感值无法完全实现谐振电感的磁集成，需在变压器外部串联额外电感加以补充，这增加了变换器重量，不利于电空气动力推进方式飞行器的轻量化设计；变压器次级存在的寄生电容，增加了变压器的损耗，若对该寄生电容加以设计并利用，完全实现LCC变换器并联电容的磁集成，进一步减轻LCC变换器重量，有利于电空气动力推进方式飞行器的轻量化设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种轻量化变压器设计方法及轻量化变压器，旨在解决现有的变压器不利于电空气动力推进方式飞行器的轻量化设计的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种轻量化变压器，所述变压器包括：磁芯、磁分流器环形磁芯、初级骨架、初级绕组、次级骨架、次级绕组、第一气隙和第二气隙；
[0006]所述第一气隙位于所述磁芯的中柱；
[0007]所述第二气隙位于所述磁芯的边柱；r/>[0008]所述第一气隙和所述第二气隙宽度相等；
[0009]所述磁分流器环形磁芯穿过所述磁芯中柱，距离所述磁芯中柱顶端距离为所述初级骨架的槽宽；
[0010]所述磁芯和所述磁分流器环形磁芯材质相同，导磁率相同；
[0011]所述初级绕组使用利兹线均匀绕在所述初级骨架内；
[0012]所述次级绕组使用高压绝缘线绕在所述次级骨架内。
[0013]优选地，所述磁芯、所述初级骨架和所述次级骨架为共中心轴结构。
[0014]优选地，所述初级骨架、所述次级骨架和所述磁分流器环形磁芯为独立结构；
[0015]在所述磁芯通过所述初级骨架、所述磁分流器环形磁芯和所述次级骨架形成完整磁集成变压器后，使用绝缘胶带固定为一个整体。
[0016]优选地，所述磁分流器环形磁芯的相对导磁率小于或等于所述磁芯的相对导磁率。
[0017]本专利技术还提出一种轻量化变压器设计方法，用于对上述任一项所述的轻量化变压
器进行设计，所述设计方法包括：
[0018]设计磁分流器环形磁芯厚度以实现变压器漏感作为谐振电感；
[0019]利用变压器次级绕组和倍压整流电路中寄生电容实现并联电容的集成。
[0020]优选地，所述设计磁分流器环形磁芯环形磁芯厚度以实现变压器漏感作为谐振电感具体包括：
[0021]根据需要的谐振电容，设计带磁分流器环形磁芯结构的变压器漏感等于所需谐振电感，磁分流器环形磁芯厚度t
sh
通过以下公式解出：
[0022][0023]其中a、b由以下公式确定：
[0024]a＝R
c2
+0.5(R5+R6+R
c1
+2R
cc
+2R7)；
[0025][0026]其中，磁阻R
c1
、R
c2
、R5、R6、R7和R
cc
为：
[0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033]其中，L为LCC变换器所需谐振电感，N
p
为初级绕组每层绕组数，k
p
为初级绕组层数，Ac为变压器磁柱面积，μ
i
为磁芯或磁分流器环形磁芯相对导磁率，μ0为空气导磁率，l
g
为第一气隙或第二气隙宽度，l
c2
为磁芯边柱至磁芯中柱的距离，b
w
为磁芯窗口宽度，b
d
为磁芯边柱厚度，W
c
为磁芯厚度，l
c1
为磁芯边柱长度，h1为磁分流器环形磁芯至磁芯中柱上端距离，h2为磁分流器环形磁芯至磁芯中柱下端距离。
[0034]优选地，所述利用变压器次级绕组和倍压整流电路中寄生电容实现并联电容的集成具体包括：
[0035]计算第一等效电容的容值；
[0036]通过第一等效电容的容值计算第二等效电容的容值；
[0037]计算变压器次级绕组层数。
[0038]优选地，第一等效电容的容值通过以下公式确定：
[0039][0040]其中，C
eq1
为第一等效电容的容值；C
D1
与C
D2
为高压二极管体电容值，N
S
为次级绕组匝数，N
p
为初级绕组匝数；
[0041]第二等效电容的容值通过以下公式确定：
[0042][0043]其中，C
eq2
为第二等效电容的容值，C
P
为LCC变换器所需并联电容，C
Wdg
为变压器次级绕组寄生电容。
[0044]优选地，所述计算变压器次级绕组层数具体通过下述公式确定：
[0045]其中C
Wdg
≤4C0；
[0046]其中参数具体计算方式为：
[0047][0048][0049][0050][0051]其中，HLT(N
S
)为次级平均绕组长度，N
layer
变压器次级绕组层数，ε0为空气介电常数，ε
D
为次级绕线绝缘皮相对介电常数,δ为次级绕线绝缘皮厚度，d0为铜线中心距离。
[0052]本专利技术还提出一种用于电空气动力推进的轻量化高压电源，所述高压电源设置有上述所述的轻量化变压器。
[0053]本专利技术所达到的有益效果：一种轻量化变压器设计方法及轻量化变压器包括：磁芯、磁分流器环形磁芯、初级骨架、初级绕组、次级骨架、次级绕组、第一气隙和第二气隙；所述第一气隙位于所述磁芯的中柱；所述第二气隙位于所述磁芯的边柱；所述磁分流器环形磁芯穿过所述磁芯中柱，距离所述磁芯中柱顶端距离为所述初级骨架的槽宽；所述初级绕组使用利兹线均匀绕在所述初级骨架内；所述次级绕组使用高压绝缘线绕在所述次级骨架内。本专利技术增加漏感的方式为：通过调整线圈圈数和初次级间的距离大小来调节漏感，实现谐振电感的全部集成；利用倍压整流电路和变压器次级绕组中存在的寄生电容，并通过设计次级绕组的层数，通过变压器反射至初级形成所需的等效电容，从而实现并联的电容的
全部集成，达到减轻变换器重量的最终目的，从而满足飞行器轻量化设计要求。
附图说明
[0054]图1是本专利技术实施例提供的一种轻量化变压器的剖面结构示意图；
[0055]图2是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化变压器，其特征在于，所述变压器包括：磁芯、磁分流器环形磁芯、初级骨架、初级绕组、次级骨架、次级绕组、第一气隙和第二气隙；所述第一气隙位于所述磁芯的中柱；所述第二气隙位于所述磁芯的边柱；所述第一气隙和所述第二气隙宽度相等；所述磁分流器环形磁芯穿过所述磁芯中柱，距离所述磁芯中柱顶端距离为所述初级骨架的槽宽；所述磁芯和所述磁分流器环形磁芯材质相同，导磁率相同；所述初级绕组使用利兹线均匀绕在所述初级骨架内；所述次级绕组使用高压绝缘线绕在所述次级骨架内。2.如权利要求1所述的一种轻量化变压器，其特征在于，所述磁芯、所述初级骨架和所述次级骨架为共中心轴结构。3.如权利要求1所述的一种轻量化变压器，其特征在于，所述初级骨架、所述次级骨架和所述磁分流器环形磁芯为独立结构；在所述磁芯通过所述初级骨架、所述磁分流器环形磁芯和所述次级骨架形成完整磁集成变压器后，使用绝缘胶带固定为一个整体。4.如权利要求1至3中任一项所述的一种轻量化变压器，其特征在于，所述磁分流器环形磁芯的相对导磁率小于或等于所述磁芯的相对导磁率。5.一种轻量化变压器设计方法，其特征在于，用于对权利要求1至4中任一项所述的轻量化变压器进行设计，所述设计方法包括：设计磁分流器环形磁芯厚度以实现变压器漏感作为谐振电感；利用变压器次级绕组和倍压整流电路中寄生电容实现并联电容的集成。6.如权利要求5所述的一种轻量化变压器设计方法，其特征在于，所述设计磁分流器环形磁芯环形磁芯厚度以实现变压器漏感作为谐振电感具体包括：根据需要的谐振电容，设计带磁分流器环形磁芯结构的变压器漏感等于所需谐振电感，磁分流器环形磁芯厚度t
sh
通过以下公式解出：其中a、b由以下公式确定：a＝R
c2
+0.5(R5+R6+R
c1
+2R
cc
+2R7)；其中，磁阻R
c1
、R
c2
、R5、R6、R7和R
cc
为：
其中，L为LCC变换器所需谐振电感，N
p
为初级绕组每层绕组数，k
p
为初级绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振兴，朱积嘉，朱勇，刘增，漆俊，宁勇，杨亚超，孙静，戴瑜兴，彭子舜，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：