專利名稱：一種整流變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于中高頻變壓器領(lǐng)域，主要涉及變壓器使用頻率不低于2kHz 的大功率整流變壓器。
背景技術(shù)：
目前，為了適應(yīng)節(jié)約材料及節(jié)能的需要,變壓器技術(shù)向高頻化,低電壓方向 發(fā)展。但當(dāng)頻率提高時(shí)，變壓器的輸出電感限制了輸出電流。當(dāng)輸出電壓越低時(shí)， 輸出電流越大，前述問題就越發(fā)突出。另外，在大功率輸出條件下，為提高使用 效率，需要考慮變壓器散熱問題。目前大功率變壓器可以采用水冷卻或是油冷卻。 現(xiàn)有的水冷卻技術(shù)是把變壓器線圈做成中空的，內(nèi)部通循環(huán)冷卻水。為保證變壓 器匝間絕緣，在制作過程中需要澆注環(huán)氧樹脂。水冷變壓器不僅制作工藝復(fù)雜， 由于環(huán)氧樹脂造成的介質(zhì)損耗，也限制了變壓器的使用頻率。油冷卻變壓器是將 變壓器鐵心浸泡在油中。這種變壓器需要有很好的密封，制作成本也很高，在高 頻率條件下，絕緣油的介質(zhì)損耗同樣限制了變壓器的使用頻率。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種制作工藝簡(jiǎn)單，散熱效果好，變壓器使用頻 率不低于2kHz的大功率整流變壓器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案參見整流變壓器組裝示意圖1和圖9。這種整流變壓 器是采用常規(guī)方法確定其中變壓器鐵芯的工作截面積，初級(jí)線圈及次級(jí)線圈的截 面積；它包括有變壓器鐵芯1.1、初級(jí)線圈1.2、次級(jí)線圈1.3、及與變壓器次 級(jí)線圈輸出端相連接的整流管電路。本發(fā)明的特征在于
所述的鐵芯的工作截面的寬度與高度之比不小于5比1，不大于50比1，并 且鐵芯的工作截面的寬度與高度之比最佳選擇為不小于10比1，不大于20比1; 本實(shí)用新型的變壓器鐵心上只纏繞一層初級(jí)線圈和一匝次級(jí)線圈，變壓器外部設(shè) 置有冷卻變壓器的水冷散熱器2。
所述的變壓器鐵芯1. 1置于兩個(gè)冷卻變壓器的水冷散熱器2中間，并使變壓器鐵芯外表面接觸每個(gè)水冷變壓器外表面，變壓器的次級(jí)線圈1. 2分別置于兩個(gè) 冷卻變壓器的水冷散熱器上。也可在在兩個(gè)水冷散熱器2中間、放置變壓器的次 級(jí)線圈1.2的位置處再設(shè)置冷卻整流管的水冷散熱器4，整流管安裝在冷卻整流 管的水冷散熱器4上。
所述的變壓器的次級(jí)線圈輸出端與整流管電路3連接方式為變壓器的次級(jí) 線圈的兩個(gè)輸出端直接連接整流電路中的整流管；或變壓器的次級(jí)線圈的一端接 整流電路中的整流管，另一端接負(fù)載。
本實(shí)用新型所述的一種整流變壓器使用時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載對(duì)變壓器輸出電 壓或輸出電流的使用要求，采用多個(gè)變壓器組合使用。
所述的多個(gè)變壓器組合使用時(shí)的連接方式為當(dāng)單個(gè)變壓器輸出電流低于負(fù) 載要求時(shí)，將多個(gè)整流變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)后與交流電連接，整流變壓器輸出端 并聯(lián)后與負(fù)載連接，或者次級(jí)線圈并聯(lián)后與整流電路連接；當(dāng)單個(gè)變壓器輸出電 壓低于負(fù)載要求時(shí)，將多個(gè)整流變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)或并聯(lián)后與交流電連接， 整流變壓器輸出端串聯(lián)后與負(fù)載連接，或者次級(jí)線圈串聯(lián)后與整流電路連接。
本實(shí)用新型的目的是通過改變變壓器形狀及冷卻方式所達(dá)到的。由于變壓器 鐵芯制成做成扁平狀，其截面的寬度與高度之比不小于5比1，不大于50比1， 以使暴露在磁路外的導(dǎo)線減少，降低了漏磁通。再則在變壓器鐵心上只纏繞一層 初級(jí)線圈，使變壓器鐵芯長度增加，高度降低，降低了導(dǎo)線引起的分布電感；同 時(shí)在變壓器鐵心上只纏繞一匝次級(jí)線圈，并包圍初級(jí)線圈纏繞，降低了變壓器漏 感；除由于鐵心長度增加，這匝次級(jí)線圈的寬度亦隨鐵心長度增加而變寬外，這 樣設(shè)計(jì)可以降低線圈導(dǎo)線造成的分布電感，其原理類似于扁平傳輸線。
本實(shí)用新型為了提高冷卻效率和變壓器工作頻率，采用水冷散熱器冷卻變壓 器，降低由變壓器損耗造成的溫升。水冷散熱器通過與變壓器緊密接觸達(dá)到冷卻 的目的，與現(xiàn)有油浸變壓器或水冷變壓器相比，由于在變壓器和散熱器之間存在 熱阻，從理論上講這種水冷散熱器的散熱效率不如前兩種。但由于我們的變壓器 形狀的特點(diǎn)是鐵心上下表面積大，次級(jí)線圈寬度大，使得變壓器與水冷散熱器接觸面積大，有利于降低熱阻，提高散熱效率。使用水冷散熱器的優(yōu)點(diǎn)是變壓器仍 然是干式變壓器，沒有現(xiàn)有的水冷變壓器及油浸變壓器的介質(zhì)損耗，有利于提高頻率。
綜上所述，本實(shí)用新型與干式變壓器相比，提高了散熱效率。與水冷或油 浸變壓器相比，提高了大功率變壓器的工作頻率，簡(jiǎn)化了變壓器的制作工藝。

圖1本實(shí)用新型的整流變壓器組裝示意圖
圖中1.1變壓器鐵芯，1.2變壓器的次級(jí)線圈；1.3變壓器初級(jí)線圈；1.4 次級(jí)線圈的輸出母線板 2、冷卻變壓器的水冷散熱器； 圖2本實(shí)用新型的變壓器1. 1鐵芯。
圖中W鐵芯寬度， h鐵芯工作截面高度HW鐵芯窗口高度 L鐵芯長
度Lw;鐵芯窗口長度H鐵芯高度； 圖3整流變壓器線圈排列實(shí)施例圖 圖4冷卻變壓器的散熱器。
圖中Lc水冷散熱器長 Ht水冷散熱器接觸鐵芯側(cè)的高度 Hs水冷散熱 器接觸次級(jí)線圈側(cè)的高度 Wc水冷散熱器寬 Lt水冷散熱器接觸鐵芯
側(cè)的長度G管羅紋；
圖5整流變壓器與整流管電路連接的電路接線圖
圖中3整流管電路 3.1整流二極管；
圖6另一種整流變壓器與整流管電路連接的電路接線圖7設(shè)置有冷卻整流管的水冷散熱器的整流變壓器組裝示意圖
圖中4、冷卻整流管的水冷散熱器；
圖8,另一種設(shè)置有冷卻整流管的水冷散熱器的整流變壓器組裝示意圖9是將兩個(gè)圖7中的整流變壓器組合使用時(shí)的組裝示意圖
圖中5、絕緣板；
圖10 整流變壓器組合使用時(shí)，將整流變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)，倍流整流電路輸出端并聯(lián)后與負(fù)載連接的電路原理示意圖 圖中6倍流整流電路的電感；
圖ll整流變壓器組合使用時(shí)，將整流變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)，兩個(gè)次級(jí)線圈并 聯(lián)的電路原理示意圖12整流變壓器組合使用時(shí)，將整流變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)，兩個(gè)次級(jí)線圈串
聯(lián)的電路示意圖13，整流變壓器組合使用時(shí)，將整流變壓器初級(jí)線圈并聯(lián)，兩個(gè)次級(jí)線圈串
聯(lián)的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施方案。
根據(jù)圖l進(jìn)行的實(shí)施是為降低由于銅損引起的溫升，將變壓器的次級(jí)線圈 1. 2的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)水冷散熱器2緊密連接，并利用次級(jí)線圈的輸出端
母線板1. 4將次級(jí)線圈1. 2通過螺栓壓緊在水冷散熱器2上。由于初級(jí)線圈只在 變壓器鐵芯1. 1上纏繞一層，使得變壓器鐵芯長度增加，高度降低，次級(jí)線圈 1.2的寬度增加。這種設(shè)計(jì)不僅可以降低變壓器輸出電感，也使得水冷散熱器2 能與變壓器鐵芯1. 1及次級(jí)線圈1. 2有較大的接觸面，有利于提高水冷散熱器的
散熱效率。
根據(jù)圖2進(jìn)行變壓器鐵芯的設(shè)計(jì)，以下為幾個(gè)鐵芯的實(shí)施例-
例l: W=80; h=4; Hw=8; L=181; Lw=173; H=30。
例2: W=50;h=9; Hw=6;L=207;Lw=200;H=32.
例3: W=100;h=2; ^=6丄=150;1^=148出=20.
例4: W=80; h=8; Hw=6; L=181; Lw=173; H=34。單位均為毫米。
本設(shè)計(jì)中鐵芯特點(diǎn)是，鐵心工作截面寬高比大，例1為20比1。由于要求 初級(jí)線圈只在鐵心上纏繞一層，使得鐵心的另一個(gè)特點(diǎn)是變壓器窗口長度大，此 實(shí)施例Lw值為173毫米。此窗口下可以采用寬160毫米的銅帶做次級(jí)線圈，此 種變壓器結(jié)構(gòu)不僅可以降低變壓器漏感，也有利于變壓器散熱。此例中變壓器的次級(jí)線圈由寬160毫米厚0. 2毫米的10層銅箔制成。初級(jí)線圈在鐵心上纏繞一 層36圈。
例2鐵芯工作截面寬50毫米，高9毫米。鐵心窗口長200毫米。寬度與高度 之比為50比9。由于變壓器的工作截面的寬度與高度之比對(duì)變壓器的高頻性能 產(chǎn)生影響，因此要求變壓器的寬度與高度之比不得小于5比1。
例3所選擇的變壓器鐵芯設(shè)計(jì)尺寸為W=100;h=2; Hw=6;L=150;Lw=148;H=20. 單位為毫米.此例鐵芯工作截面寬IOO毫米，高2毫米。鐵心窗口長148毫米。 寬度與高度之比為50比1。
例4所選擇的寬度與高度之比為10比1。
以上幾例鐵芯的寬高比分別為20比1; 50比9; 50比1; 10比1。常用的寬
高比為20比1至10比1。
圖3是使用圖2例1中鐵芯排列初級(jí)線圈及次級(jí)線圈的圖例。此例中變壓器 初級(jí)線圈1. 3有18圈；次級(jí)線圈1. 2由寬160毫米厚0. 2毫米的10層銅箔制成。 變壓器初級(jí)線圈用寬8毫米，厚0.2毫米的IO層薄銅帶制成。圖中顯示變壓器 初級(jí)線圈在鐵芯上饒一層，次級(jí)線圈包圍初級(jí)線圈繞一匝。
根據(jù)圖4設(shè)計(jì)冷卻變壓器的散熱器，實(shí)施例中尺寸為Lc=220、Ht=38、Hs=17、 Wc=181、 Lt=90;以上單位為毫米。水嘴處管羅紋G4/4，單位為英寸。圖中所示 是圖1中采用的散熱器2的示意圖，使用時(shí)在管螺紋G處按裝水嘴，循環(huán)水經(jīng)水 嘴流進(jìn)流出。散熱器與變壓器鐵芯1. 1，次級(jí)線圈1.2接觸的面要銑平，以便降 低熱阻。圖表面的18個(gè)孔是螺栓孔,用來將次級(jí)線圈1. 2緊壓在水冷散熱器2的 表面。顯而易見，次級(jí)線圈在截面積確定的前提下，其截面越寬，與散熱器的接 觸面積也越大，散熱效率也越高。使用這種散熱器冷卻的過程為次級(jí)線圈產(chǎn)生 的熱量傳給散熱器，通過循環(huán)冷卻水再將散熱器的熱量帶走。這種水冷散熱的方 式屬于間接水冷，雖使變壓器仍保持了干式變壓器的結(jié)構(gòu)，但利用散熱器與次級(jí) 線圈的接觸面積大提高散熱效率。散熱器可選用導(dǎo)熱好的材料，如鋁合金或銅合 金。本實(shí)用新型可按照?qǐng)D5將變壓器與整流管電路連接后可用于倍流全波整流 電路或半波整流電路。如用于倍流全波整流電路，圖中A點(diǎn)及C點(diǎn)接倍流整流電 路中的電感，B端接負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端接電感的公共端。如用于半波整 流電路，A端接負(fù)載的一端，B端接電感，電感的另一端接負(fù)載的另一端。
也可按照?qǐng)D6將變壓器與整流管電路連接后用于中心抽頭整流電路。由于中 心抽頭電路要用兩個(gè)次級(jí)線圈，因此兩個(gè)圖6電路才能搭建一個(gè)中心抽頭整流電 路，即將圖6中每個(gè)變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)后與交流電連接，兩個(gè)次級(jí)線圈依照 中心抽頭整流電路連接。
以上圖5及圖6中的變壓器整流管電路與外部電路的連接構(gòu)成不同的整流電路 屬公知的知識(shí)。
本實(shí)用新型中設(shè)置有冷卻整流管的水冷散熱器的整流變壓器組裝見示意圖7和 8。
圖7是將圖1的變壓器按照?qǐng)D5與整流管電路連接起來的部件裝配示意圖。 變壓器的次級(jí)線圈1. 2的兩端分別與兩只整流管二極管3. 1的陽極連接，3. 1采 用共陰極二極管,其陰極板安裝在整流二極管的水冷散熱器4上；4也是兩只整 流二極管的公共陰極。變壓器鐵芯1. 1的外表面對(duì)水冷散熱器2而言應(yīng)是絕緣的。 使用螺栓將二極管陽極，次級(jí)線圈輸出端母線板，次級(jí)線圈1. 2,水冷散熱器2緊 密連接起來。此例采用圖2例1的變壓器,用于電阻焊電源,輸出電流8kA,暫載 率40%，工作頻率20kHz 。
圖8是將圖1的變壓器按照?qǐng)D6與整流管電路連接起來的部件裝配示意圖。 圖8中的變壓器次級(jí)線圈1. 2 —端接整流二極管3. 1的陽極。3. 1采用共陰極二 極管，其陰極板安裝在整流二極管的水冷散熱器4上，4也是整流二極管的公共 陰極。次級(jí)線圈1.2另一端是圖6中的A端。使用兩個(gè)圖8所示部件可以組裝一 個(gè)雙線圈中心抽頭式整流電路。
圖9是將兩個(gè)圖7部件組合裝配在一起的實(shí)施例。圖7的變壓器采用圖2例 l的鐵芯，采用圖3例的繞線。用于單線圈倍流整流電路。兩個(gè)圖7部件中的變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)后接電網(wǎng)，次級(jí)線圈的輸出端與外部電感接成兩個(gè)倍流整流 電路，兩個(gè)倍流整流電路的輸出端并聯(lián)后接負(fù)載。此例用于電阻焊電源,輸出電 流15kA，暫載率40%，工作頻率20kHz.此例的電路連接原理見圖10。
由于變壓器的次級(jí)只有一匝線圈，當(dāng)這匝線圈輸出的電流、電壓滿足不了負(fù) 載要求時(shí)，就按公知的，電源的串、并聯(lián)原理處理這類問題。即兩個(gè)電源串聯(lián)后 輸出電壓提高一倍，兩個(gè)電源并聯(lián)后輸出電流提高一倍。
圖10實(shí)施例表示當(dāng)單個(gè)變壓器提供的電流低于負(fù)載需要的電流時(shí)，如何并聯(lián) 使用多個(gè)整流變壓器.圖中E端及F端接電網(wǎng)；B端及D端接整流管電路。
圖11實(shí)施例表示當(dāng)單個(gè)變壓器提供的電流低于負(fù)載需要的電流時(shí)也可以采 用次級(jí)線圈并聯(lián)后再與整流管電路連接，效果是相同的。圖中兩個(gè)初級(jí)線圈串聯(lián) 后通過E端與F端與交流電連接；兩個(gè)次級(jí)線圈的A端與C端并聯(lián)后與整流管電 路連接。
圖12實(shí)施例表示當(dāng)單個(gè)變壓器提供的電壓低于負(fù)載需要的電壓時(shí)，圖中兩個(gè) 初級(jí)線圈串聯(lián)后通過E端及F端接交流電；兩個(gè)次級(jí)線圈的A端與C端串聯(lián)后與 整流管電路連接。，
圖13與圖12的區(qū)別是，變壓器的初級(jí)線圈并聯(lián)后與交流電連接。 以上圖10至圖13給出了多個(gè)整流變壓器組合使用的設(shè)計(jì)方法。 最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明技術(shù)方案而并非限制本發(fā)明 所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行 了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1、一種整流變壓器，是采用常規(guī)方法確定其中變壓器鐵芯的工作截面積，初級(jí)線圈及次級(jí)線圈的截面積，它包括有變壓器鐵芯(1.1)、初級(jí)線圈(1.2)、次級(jí)線圈(1.3)、及與變壓器次級(jí)線圈輸出端相連接的整流管電路，本發(fā)明的特征在于所述的鐵芯的工作截面的寬度與高度之比不小于5比1，不大于50比1，變壓器鐵心上只纏繞一層初級(jí)線圈和一匝次級(jí)線圈，變壓器外部設(shè)置有冷卻變壓器的水冷散熱器(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整流變壓器，其特征在于所述的鐵 芯的工作截面的寬度與高度之比最佳選擇為不小于10比1，不大于 20比1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流變壓器，其特征在于所述 的變壓器鐵芯置于兩個(gè)冷卻變壓器的水冷散熱器中間，并使變壓器鐵 芯外表面接觸每個(gè)水冷變壓器的外表面，變壓器的次級(jí)線圈分別置于 兩個(gè)冷卻變壓器的水冷散熱器上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種整流變壓器，其特征在于在兩個(gè)水冷散熱器中間、放置變壓器的次級(jí)線圈的位置處再設(shè)置冷卻整流管的水冷散熱器(4)，整流管安裝在冷卻整流管的水冷散熱器(4)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流變壓器，其特征在于所述 的變壓器的次級(jí)線圈輸出端與整流管電路(3)連接方式為變壓器的次級(jí)線圈的兩個(gè)輸出端直接連接整流電路中的整流管；或變壓器的 次級(jí)線圈的一端接整流電路中的整流管，另一端接負(fù)載。
專利摘要一種整流變壓器是一種涉及變壓器使用頻率不低于2kHz的大功率整流變壓器。它包括有變壓器鐵芯1.1、初級(jí)線圈1.2、次級(jí)線圈1.3、及與變壓器次級(jí)線圈輸出端相連接的整流管電路，特征在于所述的鐵芯的工作截面的寬度與高度之比不小于5比1，不大于50比1，變壓器鐵心上只纏繞一層初級(jí)線圈和一匝次級(jí)線圈，變壓器外部設(shè)置有冷卻變壓器的水冷散熱器2。本實(shí)用新型解決了大功率水冷或油浸變壓器制作工藝復(fù)雜，工作頻率低的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型雖使用水冷散熱器降低溫升，但仍具有干式變壓器結(jié)構(gòu)。該變壓器具有工作頻率高，輸出功率大，制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F27/28GK201233799SQ200820109590
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者李西恭, 趙小舟, 祁 邱, 郭麗娟 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)