水风混合冷却变压器的制作方法

本发明涉及变压器，特别是一种适用于大功率密度的水风混合冷却变压器。

背景技术：

传统的静电沉积领域的大功率高频电源用变压器，因为体积限制和散热功率要求，目前应用比较好的有水冷散热结构。目前这种散热结构尚有以下几个问题：

1、变压器顶部散热一般采用盘管结构，管壁较薄，容易发生管道腐蚀，进而出现水冷液向变压器油渗漏的风险。

2、变压器油箱一般设计成夹层结构，在夹层中通水，但是这部分额外增加的冷却液的用量较大，通常有11～14l。

3、夹层油箱的制造成本过高，而且同心度保障较难，出现较大的同心度偏差时会影响油箱散热。

4、较大的冷却液水量以及复杂的冷却水道，会造成水冷设备器件规格增大，影响制造成本和维护成本。

技术实现要素：

本发明根据静电沉积领域的大功率高频电源用变压器发热的特点，加上我公司多年来水冷结构的应用经验，提供一种适用于大功率密度的水风混合冷却变压器，特点是变压器置于油箱内，在风管式强迫风冷油箱的顶部崁设翅片式水冷板，该装置利用顶部水冷板强迫水冷解决了整个变压器70％以上热功率的散热问题，彻底解决管道腐蚀发生渗漏的风险；利用水冷系统自带的风机对风管进行强迫风冷，解决了夹层油箱成本高，难加工，冷却液浪费大的问题；具有散热快、效率高、加工和维护方便的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种适用于大功率密度的水风混合冷却变压器，包括变压器，油箱，其特点在于所述的油箱是风管式强迫风冷油箱，即在油箱的两相对的侧面自上而下布设风管，供风冷，在风管式强迫风冷油箱的顶部崁设翅片式水冷板，该翅片式水冷板由铝型材散热器和水冷板相结合构成，具有多条直的贯通的冷却水流道，供冷却水流通，所述的变压器位于所述的风管式强迫风冷油箱的中心位置，在所述的风管式强迫风冷油箱的底面安装高压输出瓷瓶，在所述的风管式强迫风冷油箱的正面左下角安装低压输入端子，右上角设置测量端子。

本发明的技术效果如下：

本发明将加工难度和成本集中在翅片式水冷板部分，虽然增加了这部分的成本，但是从散热收益、渗漏保护、采购供应商管理等多方面来看还是非常值得的。而其他诸如油箱箱体加工则相对简单，水冷系统也可以随着水冷液容量的降低，以及整个水冷流道流阻的降低，大大降低水冷的规模，特别是利用变压器顶部水冷板散热解决了整个变压器散热功率60-70％的问题，对于电源整机的尺寸控制有很大的提升，同时后期的水冷系统维护成本也会大大降低。

附图说明

图1是本发明水风混合冷却变压器示意图

图2是本发明水冷板外形示意图

图3是水冷板流道示意图

图4是本发明强迫风冷油箱

图5是本发明变压器内部散热示意图

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明水风混合冷却变压器示意图，由图可见，本发明水风混合冷却变压器，包括变压器，油箱，所述的油箱是风管式强迫风冷油箱2，即在油箱的两相对的侧面自上而下布设风管4，供风冷，在风管式强迫风冷油箱2的顶部崁设翅片式水冷板1，该翅片式水冷板1由铝型材散热器和水冷板相结合构成，具有多条直的贯通的冷却水流道，供冷却水流通，所述的变压器位于所述的风管式强迫风冷油箱2的中心位置，在所述的风管式强迫风冷油箱2的底面安装高压输出瓷瓶6，在所述的风管式强迫风冷油箱2的正面左下角安装低压输入端子5，右上角设置测量端子3。

本发明水风混合冷却变压器示意图如图1所示：

本发明变压器的顶部采用铝型材散热器与水冷板相结合的翅片式水冷板1，彻底解决管道腐蚀发生渗漏的风险；在变压器箱体部分采用风管4，利用水冷系统自带的风机对风管进行强迫风冷，解决夹层油箱成本高，难加工，冷却液浪费大的问题；这两部分组成的水风混合冷却变压器，在没有增大变压器安装空间的前提下，不仅没有降低变压器的散热功率，相反的还缩减了水冷系统的规模和复杂程度，从而降低整个设备水冷系统整体的制造成本，以及后期的维护使用成本。

本发明的核心技术改进在于顶部的翅片式水冷板和变压器油箱两部分。

1、翅片式水冷板

本发明采用风冷散热器铝挤的工艺生产冷板主体(翅片部分)，然后在铝挤的胚料上进行数控加工，包括与变压器箱体安装用的胶条密封槽，安装法兰孔，安装法兰，以及特殊设计的水道，外形如图2所示。根据该处热交换的特点，水道对冷却液均流要求并不高，但对流阻则要求尽可能低，比较简单的多路直通流道，如图3，简化加工制造难度，降低生产成本。

2、风管式强迫风冷油箱

油箱箱体部分利用水冷系统已有的风机，对变压器进行强迫风冷。而根据该高频电源用变压器的结构特点，为了得到更加高效的散热效率，本发明靠近变压器发热部件布置的风管。如图4所示：

a)风管满足绝缘的前提下，尽可能靠近发热部件。

b)风管采用光滑的内壁，减弱使用中挂灰引起的散热效率降低。

c)同样的变压器外形体积下，变压器内部拥有更多的变压器油，延缓变压器油老化的问题。

d)风管与箱体焊接采用激光焊接，提高焊接效率与质量。

3、其他

本发明为了最大化提高散热功率，要求高压输出最好位于油箱底部，低压输入以及测量端子应放在风管入(出)口面，变压器顶盖上部尽可能留给翅片式冷板以强化顶部散热。

本发明变压器要求工作中应该满油，所以必须配合油枕或膨胀罐使用。

本发明的强化散热原理如图5所示，变压器发热部件都处在风冷油箱的中心，热油在变压器里会上升，达到顶部的水冷板处温度最高，然后与水冷板进行热交换，达到最高的换热效率。而在有风管布置的两侧因为中心热油上升的带动，也会有油沿着侧壁下沉，从而提高风管处的换热效率。而水冷板翅片的方向对于油路的循环也有一定的导向作用，提高了换热效率。

实验表明，本发明利用顶部水冷板强迫水冷解决了整个变压器70％以上热功率的散热问题，彻底解决管道腐蚀发生渗漏的风险；利用水冷系统自带的风机对风管进行强迫风冷，解决了夹层油箱成本高，难加工，冷却液浪费大的问题；具有散热快、效率高、加工和维护方便的特点。

技术特征：

技术总结
一种适用于大功率密度下的水风混合冷却变压器，特点是变压器置于油箱内，在风管式强迫风冷油箱的顶部崁设翅片式水冷板，本发明利用顶部水冷板强迫水冷解决了整个变压器70％以上热功率的散热问题，彻底解决管道腐蚀发生渗漏的风险；利用水冷系统自带的风机对风管进行强迫风冷，解决了夹层油箱成本高，难加工，冷却液浪费大的问题；具有散热快、效率高、加工和维护方便的特点。

技术研发人员：邰风;孙皓;陈宇渊;蒋孙彬;方贤红
受保护的技术使用者：上海激光电源设备有限责任公司
技术研发日：2017.05.26
技术公布日：2017.07.21