大功率中频变压器多目标参数优化设计

为了对电力电子牵引变压器300 k W功率单元中的中频变压器(HPMFT)进行优化设计,分析了大功率中频变压器绕组高频损耗、铁芯高频损耗以及漏感参数的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了其设计流程,依据综合评价系数选择了兼顾变压器损耗、漏感与质量的最优方案。按照最优方案制造了样机,并对其参数进行了测试。对比解析设计与实验测试结果可知,样机铜耗、铁耗、漏感与质量的误差分别为7.99%、12.75%、6.98%和2.21%,均在可接受范围内,验证了该设计方法的正确性与有效性。     

变压器多目标优化设计

结合变压器多目标优化设计这一实际工程问题，研究了处理多目标问题的主要方法，如分层序列法、参考点法，并分别以上述两种方法为数学基础，形成了变压器多目标优化设计的动态交互式决策支持系统。     

大功率、高压、高频变压器的串联优化设计

高频效应、损耗、散热和绝缘的合理设计是大功率开关电源变压器的设计难点。为此,提出了一种大功率、高压、高频开关电源变压器的串联优化设计模型。针对该模型,以流过理想化的双向矩形波电流波形为特例,从Dowell公式推导出了线圈最优层数与最优层厚的关系,并提出了一种等面积算法来将Dowell最优层数换算到圆导线线圈最优层数,进而可确定最优线圈高度。结果表明,串联设计保证了单机容量的增大,而优化设计使得高频效应和损耗达到要求。采用该模型设计,能够在整个变压器匝数已知的情况下,对线圈高度、线圈最优层厚和最优层数进行合理的计算和优化。     

大功率高频变压器三维温升计算及优化设计方法

三维温升计算是大功率高频变压器（HFT）建模中的难点问题,准确、快速的热模型对于HFT的优化设计和稳定运行有着重要意义。目前,普遍采用降维方式建立集总参数热网络模型,其计算精度易受结构参数影响,在宽参数范围寻优中难以实现准确的热点预测。该文基于有限差分方法（FDM）构建了HFT三维热模型,并对离散化误差及其控制方法进行分析。借助有限元仿真对三维热模型的参数适应性进行详细校验,包括结构尺寸、损耗密度及散热条件,校验结果表明,该模型在宽参数范围内的最大误差小于10%。以10 kHz、150 kW变压器为例进行优化设计,单次三维温升计算平均耗时2.8 ms,最优设计边界上的最高温升计算误差低于5.5%。根据优化设计结果加工150 kW变压器原型样机并进行额定功率测试,最高温升计算误差为3%。     

大功率多绕组中频变压器的优化设计研究

应用于大功率中压并网系统的电力电子变压器中最关键的元件,即中频变压器(MFT)在系统中起着电气隔离和电压转换等关键作用.介绍了一种采用特殊的磁芯结构和绕组结构的多绕组MFT,并提出了一种MFT优化设计方法.该方法使用面积乘积(AP)法设计MFT的磁芯体积,然后针对具体的变压器结构进行损耗建模分析,通过变量优化使得损耗达...     

基于遗传算法的整流变压器的优化设计

提出了整流变压器优化设计的数学模型,对模型中约束因子的处理作了分析.利用遗传算法求解非线性规划问题的优势,将遗传算法用于求解整流变压器优化设计问题.采用基于码表的编码机制,有效地缩短了变量编码串的长度,提高了算法的搜索效率;对传统遗传算法的若干问题进行了分析和改进.优化数据表明,采用改进的遗传算法用于整流变压器的优化设计,能取得令人满意的结果.     

基于遗传算法和Taguchi法的Fa-SynRM多目标优化设计

该文首先分析铁氧体辅助式同步磁阻电机的数学模型,并利用等效磁路法分析电机的物理模型,从而得到凸极比与电机结构参数之间的关系表达式。然后以功率因数为主要目标函数,利用遗传算法优化设计铁氧体长宽尺寸和电流角等电机参量,再通过Taguchi法和有限元法相结合的方法继续优化电机参量,得到相关参数的最佳组合值,进一步提高电机功率因数,减少转矩脉动和铁氧体体积。最后,通过仿真实验验证了优化过程的合理性和优化结果的准确性,以及裂比系数对电机性能的影响。该方法降低了运算难度和成本,有效提高了功率因数,减少了转矩脉动和铁氧体体积。     

基于交互式多目标遗传算法的无源滤波器优化设计

分析了传统无源滤波器优化设计方法的优缺点 ,提出了一种基于交互式多目标遗传算法的无源滤波器优化设计方法。该方法用遗传算法对无源滤波器的参数进行优化 ,通过非精确偏好信息引导遗传搜索 ,使得种群朝着多个目标的最佳综合性能方向进化。引入分享法来增加种群的多样性 ,最终获得与决策者意愿相吻合的解集。较好地实现了无源滤波器成本、电压电流谐波和无功功率补偿的多目标优化设计。实验结果表明此无源滤波器的成本可以降低约 3 5 % ,滤波效果却有明显的提高 ,具有良好的理论和工程应用价值     

基于多种群遗传算法的永磁涡流驱动器的多目标优化设计

为了优化永磁涡流驱动器的几个关键结构参数,研究了基于多种群遗传算法的多目标优化算法。首先,在磁场分析模型的基础上,推导出关键结构参数的解析表达式。以永磁体厚度、极弧系数和铜盘厚度为变量,以输出转矩、转动惯量和驱动器体积为优化目标,提出了基于熵值权重的永磁驱动器多目标优化函数,然后应用多种群遗传算法对永磁涡流驱动器进行优化。通过三维有限元仿真和实验验证了优化结果的准确性和可行性。最后,将计算结果与其他两种优化方法得到的结果进行了对比。结果表明,相比其他优化算法,该基于解析模型的多种群遗传算法在结构参数优化设计中有更好的计算效果。     

基于T-ψ有限元法的多目标函数变压器优化设计

随着电网容量和电压等级的不断提高,用户对电力变压器优化设计提出了更高的要求,该文基于矢量电位-标量磁位(T-ψ)有限元法(FEM)对变压器拓扑结构进行多目标函数优化设计,旨在提高变压器性能、降低制造成本.变压器设计涉及多参量多目标函数,故采用改进型广义差分进化算法(GED3)实现快速全局寻优.由于每个优选案例都需要采用...     

基于节能与减噪的电力变压器多目标优化设计

笔者针对当前迫切需要解决的电力变压器的节能与减噪问题,提出了一种既能使变压器节能,同时又兼顾减噪的多目标优化设计。在对电力变压器的节能和减噪理论进行分析的基础上,研究了电力变压器的节能、减噪设计的优化方案,分析了该方案节能与减噪的效益;然后,在此基础上又研究提出了一种同时兼顾节能与减噪并考虑总成本的新型多目标优化设计综合方案,并以SZ10-40000/110有载调压主电力变压器为例进行了实例优化与讨论,验证了该优化设计的有效性与先进性。     

基于改进自适应遗传算法的电力变压器优化设计

结合电力变压器设计特点对遗传算法的交叉率和变异率参数以及适应度函数等方面进行研究,改进了自适应遗传算法．应用经典数学函数验证表明该算法具有较高的全局寻优效率。同时给出了单目标和多目标的电力变压器优化设计的实例,应用结果表明,改进自适应遗传算法对电力变压器的优化设计效果明显,     

基于改进MOTO算法的高频变压器优化设计

由于高频变压器通常工作在复杂激励条件下,采用传统AP法设计时往往无法同时平衡兼顾多个目标之间的关系,文中选取了磁芯损耗和绕组损耗计算模型和磁芯面积法公式作为目标函数,以变压器效率为约束条件,以减小损耗提高效率为目标,采用改进仿推特算法进行高频变压器多目标优化设计。通过采用自适应交叉变异概率调整种群多样性、加入Pareto支配关系以提高种群的优越性,优化了Pareto解集的寻优能力,改进了MOTO算法,为求解带约束多目标问题提供支持。引入了熵权法(EWM)对算法优化结果进行决策支持,便于决策者选择最佳折中解,得到一组高频变压器优化设计方案。最后,通过实验验证了该方案的合理性和有效性。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

大功率中频三相变压器优化设计方法

基于磁耦合的三相双有源全桥DC/DC变换器非常适合于大功率应用场合,尽管该型变换器具有诸多优势,但其内部核心磁性元件—大功率中频三相变压器的结构、工作模态、电磁特性更加复杂,容量、频率、损耗温升、漏电感相互制约,形成一个复杂的系统化设计难题。该文重点对大功率中频三相变压器整体优化方法和性能进行研究。结合三相双有源全桥DC-DC变换器的稳态电压和电流波形,采用基波分析法推导出中频三相变压器的各阶次谐波电流表达式,提出绕组损耗解析计算方法;根据六电平阶梯电压波激励下分段线性磁通密度波形,提出改进的IGSE公式用于计算铁心损耗;针对三相五柱式铁心拓扑结构,建立具有14个温度节点的集中参数热网络模型,用于计算中频三相变压器的最高温升;研究绕组排布方式对漏电感的影响规律,并给出漏电感解析表达式。在此基础上,提出基于自由参数扫描法的大功率中频三相变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/15kW纳米晶铁心中频三相变压器模型,并对其漏电感、铁心损耗、绕组损耗、温升进行有限元仿真和实验测试,验证所提设计方法的有效性。     

基于遗传算法的换流变压器滤波装置的优化设计

阐述了新型换流变压器及配套滤波装置的接线方案和滤波器设计特点,在此基础上建立了以初期投资最小为目标函数的滤波装置数学优化模型,在采用遗传算法对优化模型进行优化设计时,考虑到优化模型的特点,采用了混合罚函数法将有约束问题转化成带有罚项的无约束问题的目标函数。最后针对具体的新型高压直流输电平台模型给出了滤波装置优化设计的实例,算例结果验证了该优化设计的正确性。     

大功率高频高压变压器绝缘设计研究

变压器绝缘对于高频变压器的安全稳定运行非常重要,尤其是高频高压变压器的电压等级较高,对变压器绝缘性能提出了更高的要求。以一台大功率高频高压除尘变压器作为对象,研究了不同绕组绕制方法对变压器绕组绝缘的影响,并对变压器主绝缘的电场进行仿真分析。结果表明:改变绕组结构可以有效改善绕组电压分布以及提高变压器绝缘的耐压水平,绝缘纸板-油结构完全可以满足高频高压变压器主绝缘的要求,可为大功率高频高压变压器的绝缘设计提供参考。     

大功率高频高压变压器的试验及故障分析

为分析一台大功率高频高压变压器的故障原因,搭建了试验平台并对该故障变压器和同等规格的无故障变压器进行了空载试验和波形录制;采用电流波形比较法对比分析了试验波形以总结其波形特点;根据变压器的绝缘结构提出了考虑寄生参数的等效电路并给出简化工作电路。研究表明空载电流大是由分布电容引起,而非气隙异常导致。通过电流波形比较,得出高压线包(层、匝)间绝缘击穿的故障结论,与拆卸观察结果相符合。