一种一体化多端口高频变压器

技术领域

本发明涉及高频变压器技术领域，具体涉及一种一体化多端口高频变压器。

背景技术

随着分布式电源、新型储能装置、燃料电池、氢能、数据中心等直流电源和直流负荷的广泛接入，要求配电网同时具备交、直多电源接入和交直流负荷的供电能力。多端口、多电压等级变换器在交直流混合系统中具有广阔的应用前景，可以保证电力系统的供电质量，充分满足电力用户对供电可靠性、安全性、灵活性和经济性的需求。一体化高频变压器为实现多端口交直流供电和电气隔离提供了重要支撑。

目前现有多端口换流器中，多采用单相双绕组高频变压器来实现构建不同的端口，所需高频变压器数量增多，导致装置体积大，占地面积大，外部接线复杂，接线盒运维复杂；为满足外部换流器对端口电感的需求，还需要配置外部连接电感，进一步增大了装置的体积和复杂度。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服目前现有多端口换流器中，多采用单相双绕组高频变压器来实现构建不同的端口，导致所需高频变压器数量增多的缺陷，从而提供一种一体化多端口高频变压器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种一体化多端口高频变压器，包括：多边形铁芯、多个初级线圈、多个第一次级线圈、多个第二次级线圈，其中，全部第一次级线圈分别绕制在多边形铁芯的不同边上，每个第一次级线圈外部绕制一个初级线圈，全部第二次级线圈单独分别绕制在多边形铁芯的不同边上；每个初级线圈的两个输出端构成一个端口；全部的第一次级线圈的两个输出端构成至少一个端口；全部的第二次级线圈的两个输出端构成至少一个端口。

在一实施例中，初级线圈与第一次级线圈均为筒状结构，且同心绕制。

在一实施例中，每个第一次级线圈与铁芯之间间隔保持一致；每个第一次级线圈与外部绕制的初级线圈之间间隔保持一致。

在一实施例中，初级线圈、第一次级线圈及多边形铁芯相对于第二次级线圈对称排布。

在一实施例中，第二次级线圈远离高电位布置。

在一实施例中，初级线圈及第一次级线圈均采用泊式绕组。

在一实施例中，第二次级线圈采用利兹线材料。

在一实施例中，全部的第一次级线圈的两端以并联或者串联的方式，构成中压端口；中压端口通过外部电路并联连接至中压公共母线。

在一实施例中，全部的第二次级线圈的两端以并联或者串联的方式，构成低压端口；或者，每个第二次级线圈的两端单独构成一个低压端口；低压端口通过外部电路并联连接至低压公共母线。

在一实施例中，每个初级线圈的两端均构成一个高压端口；高压端口通过外部电路以级联的方式连接至高压母线。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一体化多端口高频变压器，全部第一次级线圈分别绕制在多边形铁芯的不同边上，每个第一次级线圈外部绕制一个初级线圈，全部第二次级线圈单独分别绕制在多边形铁芯的不同边上；每个初级线圈的两个输出端构成一个端口；全部的第一次级线圈的两个输出端构成至少一个端口；全部的第二次级线圈的两个输出端构成至少一个端口。本发明实施例端口配置可根据外部需求灵活调整，将高频变压器与外接电抗器装置一体化设计，减小占地面积，降低制造成本，提高整个装置功率密度，实现装置的紧凑化设计。

2.本发明提供的一体化多端口高频变压器，初级线圈与第一次级线圈均为筒状结构，且同心绕制，通过同心/非同心绕组结构和布局，实现绕组间差异化的强耦合或者弱耦合，满足不同端口对高频变压器阻抗的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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(a)、图1(b)分别为本发明实施例提供的一体化多端口高频变压器的一个具体示例的示意图；

图2(a)～图3(d)分别为本发明实施例提供的一体化多端口高频变压器的电气接线示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供一种一体化多端口高频变压器，如图1(a)及图1(b)所示，包括：多边形铁芯、多个初级线圈、多个第一次级线圈、多个第二次级线圈，需要说明的是，图1(a)及图1(b)所示结构分别为三角形铁心五线圈高频变压器及矩形铁心六线圈高频变压器，图1(a)的多边形铁芯#11为三角形，图1(b)的多边形铁芯#12为矩形，在此仅用于举例，但并不以此为限制。

如图1(a)及图1(b)所示，全部第一次级线圈分别绕制在多边形铁芯的不同边上，每个第一次级线圈外部绕制一个初级线圈，全部第二次级线圈单独分别绕制在多边形铁芯的不同边上。

具体地，图1(a)中，第一次级线圈#31、第一次级线圈#32分别绕制在多边形铁芯#11不同边，且第一次级线圈#31外部绕制初级线圈#21、第一次级线圈#32外部绕制初级线圈#22，第二次级线圈#41分别单独绕制在多边形铁芯#11的一边，即第二次级线圈#41外部不必绕制初级线圈；同样地，图1(b)中，第一次级线圈#33、第一次级线圈#34分别绕制在多边形铁芯#12的不同边上，且第一次级线圈#33、第一次级线圈#34的外部分别绕制初级线圈#23、初级线圈#24，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43分别单独绕制在多边形铁芯#12不同边上，即第二次级线圈#42、第二次级线圈#43外部不必绕制初级线圈。

本发明实施将第二次级线圈单独绕制在多边形铁芯上，从而可以减小第二次级线圈与第一次级线圈/初级线圈的耦合度，增大第二次级线圈的端口电感，减小外接拓扑结构中电流脉冲最大值，同时，电感增大可完全省去低压可调端口所需的电感装置，减小整个装置的占地。此外，第二次级线圈远离高电位布置，从而降低绝缘要求。

进一步地，每个初级线圈的两个输出端构成一个端口；全部的第一次级线圈的两个输出端构成至少一个端口；全部的第二次级线圈的两个输出端构成至少一个端口。

具体地，本发明实施例的每个初级线圈的两端均构成一个高压端口；高压端口通过外部电路以级联的方式连接至高压母线。全部的第一次级线圈的两端以并联或者串联的方式，构成中压端口；中压端口通过外部电路并联连接至中压公共母线。全部的第二次级线圈的两端以并联或者串联的方式，构成低压端口；或者，每个第二次级线圈的两端单独构成一个低压端口；低压端口通过外部电路并联连接至低压公共母线。本发明实施例通过多端口绕组排布，可灵活接入多种能源和多种负荷，满足不同场景下对端口和电压的需求。

示例性地，对于图1(a)所示的结构，本发明实施例的多端口高频变压器可以为四端口高频变压器，四端口高频变压器的电气接线图如图2(a)及图2(b)所示，图2(a)中，初级线圈#21、初级线圈#22的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#31、第一次级线圈#32的两端并联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#41的两端单独构成一个低压端口；图2(b)中，初级线圈#21、初级线圈#22的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#31、第一次级线圈#32的两端串联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#41的两端单独构成一个低压端口。

示例性地，对于图1(b)所示的结构，本发明实施例的多端口高频变压器的电气接线图如图3(a)～图3(d)所示，图3(a)中，初级线圈#23、初级线圈#24的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#33、第一次级线圈#34的两端并联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43的两端并联连接构成一个低压端口；图3(b)中，初级线圈#23、初级线圈#24的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#33、第一次级线圈#34的两端并联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43的两端单独构成一个低压端口；图3(c)中，初级线圈#23、初级线圈#24的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#33、第一次级线圈#34的两端串联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43的两端单独构成一个低压端口；图3(d)中，初级线圈#23、初级线圈#24的两端分别构成一个高压端口，第一次级线圈#33、第一次级线圈#34的两端串联连接构成一个中压端口，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43的两端并联连接构成一个低压端口。

在一具体实施例中，第一次级线圈、第二次级线圈均与多边形铁芯紧贴绕制，所有的初级线圈采用相同的结构参数(包括匝数、形状等)，所有的第一次级线圈采用相同的结构参数(包括匝数、形状等)，此外，初级线圈与第一次级线圈均为筒状结构，且同心绕制，从而进一步减小漏磁，增大线圈的耦合度。

具体地，本发明实施例的初级线圈与第一次级线圈同心绕制，第二次级线圈与初级线圈、第一次级线圈不同心绕制，从而通过采用同心式结构与非同心式结构相结合的方式，实现绕组之间不同阻抗差异化设计需求。

在一具体实施例中，每个第一次级线圈与铁芯之间间隔保持一致；每个第一次级线圈与外部绕制的初级线圈之间间隔保持一致。本发明实施例通过一体化多端口绕组排布，实现不同端口间漏感差异化设计，通过外部接口电路，端口可串联、并联或者独立，端口数量可灵活配置。

示例性地，以图1(b)为例，第一次级线圈#33与初级线圈#23之间的间隔，和第一次级线圈#34与初级线圈#24之间的间隔保持一致；第一次级线圈#33与铁芯之间的间隔、第一次级线圈#34与铁芯之间的间隔保持一致。

具体地，第二次级线圈与铁芯之间的间隔不作限制，具体根据第二次级线圈的两端的连接方式进行设置。例如：如图3(a)、图3(d)所示，当第二次级线圈#42与第二次级线圈#43的两端并联连接构成一个低压端口时，第二次级线圈#42与多边形铁芯#12之间的间隔，和第二次级线圈#43与多边形铁芯#12之间的间隔保持一致，如图3(b)、图3(c)所示，第二次级线圈#42、第二次级线圈#43的两端单独构成一个低压端口时，第二次级线圈#42与多边形铁芯#12之间的间隔，和第二次级线圈#43与多边形铁芯#12之间的间隔不需要保持一致。在一具体实施例中，初级线圈、第一次级线圈及多边形铁芯相对于第二次级线圈对称排布，高度的对称结构，使得初级线圈与第一次级线圈之间、第二次级线圈对其它线圈之间阻抗对称度一致，减小阻抗差异性。

示例性地，以图1(a)为例，第一次级线圈#31、初级线圈#21分别与第一次级线圈#32、初级线圈#22相对于第二次级线圈#41对称排布，多边形铁芯#11的三边相对于第二次级线圈#41对称排布；以图1(b)为例，第一次级线圈#33、初级线圈#23分别与第一次级线圈#34、初级线圈#24相对于第二次级线圈#42、第二次级线圈#43对称排布，多边形铁芯#12的四边相对于第二次级线圈#42、第二次级线圈#43对称排布。

在一具体实施例中，初级线圈及第一次级线圈均采用泊式绕组，增大高频变压器的紧密度，减小装置体积，增大功率密度。第二次级线圈采用利兹线材料，可通过高频大电流，减小装置损耗，提高效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。