The effect of the coaxial transformer design on the winding currents distribution and flux density

• Autorzy: Grzesik B. , Stępień M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ sposobu konstrukcji na rozkład prądu oraz gęstość strumienia transformatora współosiowego

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono sposób budowy i analizę nowej współosiowej konstrukcji transformatora modularnego. Konstrukcja ta przeznaczona jest do pracy przy wysokiej częstotliwości (najlepsze właściwości w zakresie 500 kHz do 3 MHz). Uzwojenia transformatora wykonane z cienkościennych współosiowych rur, uformowane w kształcie spirali, umieszczone są wewnątrz rdzenia magnetycznego. Zwoje pierwotne (wewnętrzne) połączone są szeregowo, natomiast zwoje wtórne (zewnętrzne) równolegle. Opisywany transformator posiada przekładnię zwojową 2:1. Charakteryzuje się wysoką sprawnością (około 98%), bardzo wysokim współczynnikiem sprzężenia uzwojeń (powyżej 0,99) oraz bardzo dużą gęstością mocy (powyżej 100kW/kg) przy mocy wyjściowej około 5 kW. Artykuł skupia się na analizie wpływu rozmieszczenia i kształtu uzwojeń na właściwości transformatora. Analiza przeprowadzona została w oparciu o metodę elementów skończonych. Wybrane elementy analizy porównano z wynikami eksperymentu laboratoryjnego.

EN

The novel construction of the modular concentric transformer for power electronics is described and analyzed in the paper. Proposed design of the transformer is dedicated for high frequency (the best results are in the range of 500 kHz to 3 MHz). The transformer has two windings made of concentrically arranged, thin-walled pipes, formed as a multi-turn spiral and put into magnetic core. The primary (inner) turns are connected in series and secondary (outer) ones are connected in parallel. The transformer described in the paper has turn-to-turn ratio 2:1, but in general the turn ratio can be different. The transformer is of high efficiency (above 98%) and very high ratio of windings coupling (about 0,998). High power density (above 100 kW/kg) for output power about 5 kW is its additional advantage. The paper is focused on influence of the shape and arrangement of the windings and magnetic core on the transformer properties. The results of analysis (efficiency, output power and power density) determine optimal design of transformer with respect of relevant transformer parameters. The analysis is based on FEM and is carried out using ANSYS software. The selected results of FEM analysis (in particular parameters of the equivalent circuit of the transformer) are compared with the results of the laboratory measurements.The novel construction of the modular concentric transformer for power electronics is described and analyzed in the paper. Proposed design of the transformer is dedicated for high frequency (the best results are in the range of 500 kHz to 3 MHz). The transformer has two windings made of concentrically arranged, thin-walled pipes, formed as a multi-turn spiral and put into magnetic core. The primary (inner) turns are connected in series and secondary (outer) ones are connected in parallel. The transformer described in the paper has turn-to-tum ratio 2:1, but in general the turn ratio can be different. The transformer is of high efficiency (above 98%) and very high ratio of windings coupling (about 0,998). High power density (above 100 kW/kg) for output power about 5 kW is its additional advantage. The paper is focused on influence of the shape and arrangement of the windings and magnetic core on the transformer properties. The results of analysis (efficiency, output power and power density) determine optimal design of transformer with respect of relevant transformer parameters. The analysis is based on FEM and is carried out using ANSYS software. The selected results of FEM analysis (in particular parameters of the equivalent circuit of the transformer) are compared with the results of the laboratory measurements.

Słowa kluczowe

PL

transformator współosiowy; transformator modularny; gęstość strumienia; rozkład prądu

EN

coaxial transformer; modular transformer; flux density; current distribution

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2003
• Tom: z. 187
• Strony: 51--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Grzesik B.

• Institute of Theoretical and Industrial Electrical Engineering

autor

Stępień M.

• Institute of Theoretical and Industrial Electrical Engineering

Bibliografia

• 1. Grzesik B., Stepien M.: Novel high frequency modular transformer, 9th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE 2001, 27-29 August 2001, Graz, Austria, Proceedings, pp.DS2.2-19 & CD.
• 2. Grzesik B., Stepien M.: The coaxial transformer - the influence of primary winding shape on the transformer properties, 10th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2002, 9-11 September 2002, Dubrovnik & Cavtat, Croatia, Proceedings, p. 380 & CD.
• 3. Rauls M.S., Novotny D.W., Divan D.M.: Design Considerations For High Frequency Co-Axial Winding Power Transformer, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 29, No 2, March/April 1993, pp. 375-381.
• 4. Rauls M.S., Novotny D.W., Divan D.M., Bacon R.R., Gascoigne R.W.: Multiturn High-Frequency Coaxial Winding Power Transformers, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 31, No 1, Jan. 1995, pp.112-118.
• 5. Weinberg S. H.: High-Frequency Transformer Design, 4th European Space Power Conference, ESPC ’95, Poitiers, France, 4-8 September 1995, pp. 241-251.
• 6. Web page: Ferroxcube , URL: http://www.fenoxcube.com/.
• 7. ANSYS Software Manual.