变压器式可控电抗器磁集成结构设计与仿真分析

为实现变压器式可控电抗器(controllable reactor of transformer type,CRT)"高阻抗、弱耦合"的设计原则,结合磁集成技术提出了一种变压器式可控电抗器磁集成结构,其工作绕组根据功率级数由多段绕组并联组成,所有绕组均采用饼式结构。每段工作绕组与一个控制绕组组成结构基本单元,工作绕组与控制绕组间设置有铁饼以实现"高阻抗",各基本单元间设置分割铁心以实现"弱耦合"。基于ANSYS软件,采用"磁场-电路"耦合法对磁集成结构的磁场和电流进行有限元算例求解,其结果说明此结构能够满足CRT"高阻抗、弱耦合"的设计要求,验证了此结构的正确性。这种磁集成方法为磁集成技术在电力设备中的进一步应用提供了参考。     

磁集成结构变压器式可控电抗器的对比分析及设计

通过对比分析现有阵列式结构、多导磁材料结构、分裂式结构和多基本独立单元结构的磁集成变压器式可控电抗器(CRT)的结构特点,提出了多控制绕组基本单元磁集成CRT的结构设计原则。根据该设计原则,提出了一种新型磁集成CRT,即双控制绕组基本单元磁集成CRT。同时,为了说明这种新型磁集成CRT的优越性,将其与现有磁集成CRT在体积、重量、结构复杂度等方面进行对比分析。结果表明,双控制绕组基本单元磁集成CRT不仅能够满足CRT"高阻抗"与"弱耦合"的设计要求,而且具有体积小、重量轻和结构简单等明显优势。     

基于磁集成技术的变压器式可控电抗器的结构设计与分析

为了实现变压器式可控电抗器(CRT)"高阻抗、弱耦合"的设计目的,基于磁集成技术,提出了阵列式磁集成CRT结构。通过分析此结构各绕组磁通关系以及建立其等效电路,推导出各绕组的短路阻抗与短路电流的计算式,并进行绕组短路阻抗与短路电流的举例计算。磁通分析与举例计算结果表明,所提出的阵列式磁集成CRT结构将控制绕组与限流电感集成在一起,将各控制绕组的短路电流维持在了额定值,在满足CRT"高阻抗"设计要求的同时减少了分立磁件数目;此外,随着后续控制绕组的投入,已经投入运行的控制绕组电流保持不变,即达到了各控制绕组间完全解耦的目的,满足CRT"弱耦合"的设计要求。     

采用磁集成技术的变压器式可控电抗器设计

针对变压器式可控电抗器(CRT)“高阻抗,弱耦合”的设计要求,结合磁集成技术,提出了采用磁集成技术的变压器式可控电抗器,对变压器和限流电抗器进行集成,以实现CRT“高阻抗,弱耦合”的设计原则.     

基于等效模型的变压器式可控电抗器的结构设计与试验仿真

针对新型无功补偿的变压器式可控电抗器(CRT)需要满足高阻抗、低耦合的特性,提出了一种基于等效模型的CRT基本独立单元结构设计,并通过仿真计算验证了设计的可行性。     

磁集成结构变压器式可控电抗器绕组电流仿真

为了克服多绕组的耦合效应,使变压器式可控电抗器(controllable reactor of transformer type,CRT)安全、可靠、高效地工作,就必须得对CRT的结构进行优化设计。基于解耦磁集成技术,提出了一种适用于CRT解耦集成的磁芯结构,通过提供低磁阻磁路实现了各控制绕组的解耦。在CRT各绕组漏抗解析计算的基础上,建立了电容–回转器等效电路,并以此等效电路为基础对气隙大小的合理化选择进行了分析。通过在MATLAB平台下搭建的电路模型,完成了各绕组电流分布的仿真分析,验证了所提结构在一定程度上能够很好地消除控制绕组间的磁耦合并提高绕组容量利用率。     

磁集成技术在变压器式可控电抗器中的应用

由于变压器式可控电抗器(controllable reactor of transformer type,CRT)控制绕组间存在磁耦合,笔者将解耦磁集成技术应用于CRT的结构设计中,通过向各控制绕组的磁通提供低磁阻磁路来实现控制绕组间的解耦,从而提出了一种磁集成CRT铁心结构,进一步计算了各绕组的漏感,建立了其电感—变压器等效电路,推导了各控制绕组间的耦合度以及空载电流与侧柱气隙大小之间的关系式,并在MATLAB平台下对其进行了仿真分析。仿真结果表明增大气隙,可以减小控制绕组间的磁耦合,提高绕组容量利用率;验证了此结构通过控制侧柱气隙的大小达到解耦的方法是有效的。     

变压器式可控电抗器损耗与温升计算

变压器式可控电抗器(CRT)的损耗计算和温升特性研究对CRT的优化设计至关重要。本文基于CRT的两种代表性结构,即同心式CRT和分裂式磁集成CRT,对其损耗和温升进行分析。在已知工作绕组电压的情况下,采用场路耦合法准确计算绕组电流;利用有限元法和解析公式法分别对CRT的铁心损耗和绕组损耗进行计算,以验证有限元仿真结果的正确性;针对两种结构的CRT设计算例,将额定容量下所得损耗作为温度场的激励得到各部件温升分布情况,以对CRT铁心和绕组进行传热分析。本文所采用的方法和所得的结果为CRT的设计和优化提供了一定的理论指导。     

扫频短路阻抗测试仪的研制

扫频短路阻抗法是检测变压器绕组变形故障的一种新方法，尚处于研究过程中。为解决扫频短路阻抗法研究过程中缺少测试设备的问题，分析了扫频短路阻抗法研究对测试设备功能的要求，采用DDS技术设计了正弦信号发生器，选用APEX集成功率放大器设计了功率放大电路，选用模数转换器AD9225设计了高速采集电路，研制了用于扫频短路阻抗法研究的测试仪样机，并对研制的样机进行了测试，结果表明实现了设计的功能，满足了对变压器绕组测试的需求。     

快速开关型变阻抗节能变压器绕组变形状态分析

电力变压器短路故障产生的短路冲击会造成绕组变形,限制系统短路电流对降低变压器绕组动态变形意义重大。文中以110 kV电压等级的三绕组电力变压器为例,中压绕组发生出口短路故障时,基于磁—力学耦合场研究方法,对变阻抗变压器和常规变压器绕组动态变形进行数值分析。变阻抗变压器的研究包括变压器本体和限流电抗器2部分,分析了短路电流作用下,变压器绕组和限流电抗器线圈的变形、动态应力、位移。常规变压器和变阻抗变压器绕组变形的对比可得变阻抗变压器变形量较小。分析结果为变阻抗变压器绕组变形状态评估提供参考依据。     

基于场路耦合法的高阻抗变压器设计与计算分析

针对短路电流过大引起的变压器损坏问题,文中基于一台220 kV三相三绕组有载调压变压器产品,提出了3种提高中—低压侧绕组短路阻抗的设计方案。首先,通过拆分中压绕组、调压绕组中置、高压绕组内置的方法增大中低绕组间的漏磁空道,实现了3种不同绕组结构的高阻抗变压器设计;然后,应用基于场路耦合的有限元法和漏磁阻法分别对不同设计方案的短路阻抗进行计算分析,得出将高压绕组内置的方案对提高短路阻抗最明显,提高了124.56%。同时,通过两种方法计算结果对比验证了计算的正确性;最后,对不同设计方案引起的油箱及夹件的涡流损耗及损耗密度分布进行计算,研究在实现变压器高阻抗过程中对结构件损耗产生的影响。文中对今后高阻抗变压器的设计提供了一些思路。     

磁集成技术在Class E变换器中的应用

Class E变换器结构简单,变换效率高,有良好的发展前景。本文将磁集成技术应用到隔离型Class E变换器中,减小磁性元件的体积、重量、提高变换器的功率密度。本文详细分析了利用变压器漏感以及采用独立绕组两种磁集成方案,在此基础上,制作了输入12V,输出功率21W,输出电流0.43A的原理样机,通过实验验证了磁集成方案有效性,从实验结果可以得出采用磁集成技术后,变换器中磁件的体积和重量明显降低,且变换器的效率有所提高。     

次序耦合阵列磁集成正激变换器超级电容均压

针对超级电容串联应用中的问题,介绍了一种首尾次序耦合阵列磁集成正激变换器的超级电容均压电路;分析了电路均压原理和均压影响因素,该均压电路利用变换器次级绕组的次序耦合,实现超级电容单体的电压均衡;利用次序耦合绕组减小了由于变压器单元漏感误差而导致的超级电容单体电压不平衡;给出了变换器占空比与变压器单元绕组匝数关系,同时给出了变压器设计方法;通过电路仿真给出了抑制绕组电压尖峰的方法;仿真与实验结果验证了理论分析的正确性,证明了该均衡电路具有优良的均压性能。     

集成滤波电抗绕组变压器数学模型

集成滤波电抗绕组利用特殊的绕组排布设计方式,将滤波装置的空心电抗器集成于变压器绕组,目的在于精简装备个数,减小装备占地面积,在舰船供电系统、城市预装式变电站等谐波含量高,电气装备占地面积有限的场合具有广泛的应用前景。集成滤波电抗绕组作为变压器中的特殊结构绕组与其他正常供电绕组共同构成统一的绕组结构。本文给出了集成滤波电抗绕组变压器的基波电路模型与谐波电路模型,并基于多绕组变压器自感与互感的电压方程,推导各绕组基波电流与谐波电流计算公式;通过基波电流与谐波电流相加得到集成滤波电抗绕组变压器的数学模型。以某300k VA集成滤波电抗绕组舰船整流变压器样机及滤波系统为实验对象,通过对比变压器数学模型计算数据与实测数据,验证了本文数学模型的正确性。     

平面VRM新型阵列结构高频磁集成研究

高频磁集成电压调理模块(VRM)的集成电感直接影响其稳态特征、效率和输出特性。以改善变换器高频特性、消除直流偏磁和对称化为研究目标,提出一种基于单元耦合磁芯及其柔性组合概念的新型矩阵式对称化高频集成电感。通过逆向推演拓扑复用原理,等效切割传统耦合电感磁芯及绕组,采用物理磁场和电气场、路相结合并融合磁路-电路等效对偶变换模型的多尺度分析方法,探究集成磁件可消除直流偏磁、可自由调节耦合度、可任意拓展集成相数的机理,推导出集成磁件高频对称化设计准则。最后设计两相和四相样机进行实验,证明该矩阵结构集成电感理论分析的正确性和应用于高频VRM的输出特性优势。     

三相三柱变压器零序阻抗的场路耦合计算与分析

变压器的零序阻抗是电力系统进行短路电流计算和继电保护整定的重要参数.对于变压器零序阻抗的计算,磁路法无法考虑外壳的弱磁作用,而单独的有限元方法又存在激励加载的困难.本文以YN联结的三相三柱电力变压器为研究对象,基于场路耦合的方法建立了变压器零序阻抗的有限元模型和统一的场路耦合数学模型,在此基础上分别计算了二次开路、短路情况时的一、二次绕组电流以及一次的零序阻抗,并对零序磁场的分布特点进行了深入研究,零序阻抗的计算与试验结果一致,验证了本文方法的正确性;同时,计算结果还表明:变压器油箱对主零序磁通有弱磁效果,当二次开路时,油箱的弱磁效果明显,而二次短路时的零序阻抗几乎不受油箱弱磁的影响.     

基于磁路耦合的电力电子变压器直流变换技术

针对模块串联型电力电子变压器中变压器数量多、绝缘要求高的问题,设计了一种基于磁路耦合变压器的多有源桥直流变换器结构,能够提高模块化程度和减少高频变压器端口数目,提升系统功率密度.该变换器采用多磁芯高频变压器,变压器原边具有多绕组结构,对应多模块的串联,以满足输入高电压等级的要求;副边则采用单一绕组,对应全桥或多个全桥电...     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

高频LLC变换器平面磁集成矩阵变压器的优化设计

为了进一步提高应用于低压大电流场合中的LLC谐振变换器的效率和功率密度,减小器件并联带来的不均流和局部过热等问题,输入侧绕组串联、输出侧绕组并联的平面磁集成矩阵变压器得到广泛使用。然而,传统矩阵变压器大多采用分离磁心实现,产生的绕组损耗和磁心损耗较大,同时也限制了功率密度的提高。该文基于磁通抵消原理,将原来需要独立磁心实现的矩阵变压器集成到单个磁心中实现,进一步减小了磁心体积和磁心损耗;同时给出一种变压器绕组损耗和磁心损耗计算模型,并基于该损耗模型提出一种磁心损耗与磁心所占印制电路板面积的折中优化设计方法。最后,采用高频宽禁带氮化镓器件,设计了一个功率400W、谐振频率1.5MHz的实验样机,验证了所提平面磁集成矩阵变压器优化设计方法的正确性和有效性。     

应用变压器集成滤波技术的光伏并网系统电能质量治理方法

为满足光伏并网电能质量要求,该文介绍一种基于等变压器集成滤波技术的光伏并网系统电能质量治理方法。该光伏并网系统包含一、二级滤波站的层级构架,具有滤波器与变压器模块化设计、并网点谐波谐振风险低等特点。首先介绍了新型光伏电站的层级结构;分别建立两级滤波站的效电路和数学模型,分析集成电抗器与供电绕组间的弱耦合对一级滤波站滤波性能的影响,进一步揭示说明感应滤波变压器在内外部参数扰动条件下具备谐波谐振抑制的优越性能。最后,对该光伏电站工程实例进行现场测试,结果表明由该两级滤波站构成的光伏并网系统具有低谐波排放和系统运行稳定等特点。