电感集成式大容量高频变压器精细化设计方法

针对固态变压器用电感集成式大容量高频变压器进行优化设计,分析了高频变压器漏电感参数、磁芯高频损耗、绕组高频损耗以及温升的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了大容量高频变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/10kW纳米晶磁芯高频变压器模型,并对其参数进行实验测试。将解析设计与有限元仿真和实验测量结果进行对比,结果表明模型漏电感、交流电阻和磁芯损耗的相对偏差分别为2.85%、1.49%和5.35%,验证了所提设计方法的有效性。     

基于损耗分析的大容量高频变压器铁芯材料选型方法

铁芯材料的选择对大容量高频变压器的磁拓扑性能具有决定性影响,而损耗特性最为关键。为此,针对高频方波激励,采用改进的Steinmetz公式分析了变压器3种常用磁性材料即铁氧体、纳米晶和非晶材料的损耗特性与频率、磁通密度的关系,并给出了磁性材料损耗密度的三维表征图。在对损耗密度进行分析的基础上,将铁芯总损耗与高频变压器视在功率的比值定义为损耗因子,并依据损耗因子的三维表征图与实例分析,结合工作频率和体积等因素比较了3种典型磁性材料所制成的铁芯的损耗特性。分析指出,损耗因子是衡量高频变压器损耗特性优劣的重要指标,以最低损耗因子水平结合体积与成本因素进行分析,可作为铁芯材料的具体选择准则。     

UUI与EE型磁芯变压器功耗对比分析

高频电子变压器及电感器是开关电源中的重要组成部分,它的功率损耗约占电源总损耗的30%,因而此部分功率损耗的大幅度降低可以提高开关电源的性能。基于脉冲变压器的原理,就UUI磁芯和传统EE型磁芯中柱开隙磁件的功率损耗进行定性比较分析,结果表明开关电源采用UUI磁芯电子变压器时,变压器本身的功率损耗可以降低20%。     

大功率磁性技术发展回顾与分析:(二)变压器

综合评述了大功率磁性技术中变压器的发展。具体分为以下几部分内容:(1)软磁器件的分类、对软磁器件的要求及软磁器件的发展过程;(2)电源变压器的参数和设计程序(涉及磁芯材料、磁芯结构、磁芯参数、线圈参数、组装结构和温升校核);(3)软磁磁芯及其结构特点,包括硅钢磁芯、非晶纳米晶磁芯、高磁导率坡莫合金磁芯、软磁铁氧体磁芯、磁粉芯和复合磁芯、集成磁芯及正交磁芯。(4)工频变压器,包括整流变压器、交流调压器和电源变压器、工频逆变变压器、控制电源变压器及铁基非晶合金在工频变压器中的应用,(5)中频电源变压器,包括400 Hz~2 kHz中频电源变压器和1~10 kHz感应加热电源变压器。(6)高频电源变压器,包括磁通单方向变化工作模式、脉冲变压器工作模式和磁通双方向变化工作模式及磁芯材料选择。。     

LLC谐振变换器大功率高频变压器分析与设计

随着电力电子技术的快速发展,大功率电力电子高频变压器得到广泛关注。对于LLC谐振变换器,变压器的设计对于提高其变换效率和功率密度至关重要。针对一个应用在LLC谐振变换器中的60 kW大功率高频变压器,从磁芯损耗和绕组损耗计算出发,用修正的斯坦麦斯公式计算磁芯损耗,将正弦激励下的绕组损耗模型等效为一维涡流模型,力求总损耗最小。详细给出了其设计关键考虑点、设计思路、分析依据和优化方案。最后通过仿真验证了设计的正确性。     

半桥LLC型谐振变换器的高频变压器设计

高频变压器作为半桥LLC型谐振变换器的核心组件,其设计将影响开关电源的损耗、输出电压的稳定性及发热量等。针对5 kW高频变压器的设计,介绍了高频变压器磁芯选型原则,采用面积乘积法(area product,AP)确定了绕组导线型号和磁芯类型,通过进一步优化计算得到了绕组匝数、变压器损耗及其他相关参数。最终确定的高频变压器参数为:原副边侧绕组导线为18号导线,磁芯型号为EE-100,变压器变比为0.737 5,原副边匝数分别为59和80匝,变压器损耗为16.187 W。     

使用单相变压器降低低压线损的实践

通过实例阐述了10 kV单相变压器在城区配电网中的应用情况,分析了单相变压器与三相变压器的主要性能,从低压线损、供电可靠性及经济效益等方面对三相变压器与单相变压器进行了比较.分析了在电力通道紧张的情况下运用单相变压器供电的优势,指出在城市配电网中使用单相变压器,可提高供电可靠性,降低损耗,有利于电力客户及供电企业.     

多绕组变压器 变流器结构中高频谐波分析与抑制

多绕组变压器+变流器结构是高电压、大容量电力电子装置的典型结构之一。在变流器采用PWM全控型器件时,会产生与开关频率相关的高频谐波。以单相拓扑为例,对该结构下的高频谐波特性进行了分析;在考虑多绕组变压器的情况下,得出高频谐波传输等效模型;得到了通过载波移相消除高频谐波的理论依据,并给出了具体移相规律。试验结果表明,当采用正确的载波移相方式后,变压器原边电流波形改善明显。文章的结论可以推广到三相系统中。     

基于LTCC技术的高频开关电源变压器设计原理和方法

通过对高频开关变压器磁芯工作时能量储存、损耗、传递及工作曲线的分析,应用磁性材料的B-H回线和Q值并结合LTCC工艺特点提出一种LTCC高频开关电源变压器完整的设计思路和方法.文中以反激式高频开关变压器为例阐述了设计过程中的主要要点.用低频电磁场仿真工具Maxwell 2D/3D对计算结果进行仿真验证,在此基础上调整绕组结构和优化磁芯结构参数,得出高频变压器的合理设计方案.     

单相配电系统供电模式的研究与应用

阐述单相配电系统的供电模式、应用优势、保护方式、通信方式和潮流分析.根据三相配电模式和单相配电模式下变压器投资、高压线路损耗、变压器空载损耗、负载损耗、低压线路损耗和电压损耗情况,得出单相配电模式比三相配电模式初期投资大,但运行过程中可以降低供电成本和提高供电电压质量的结论.最后,基于单相配电模式的特点提出单相供电模式应注意的问题.     

一种模块化48脉冲大功率PWM逆变器

多脉冲逆变器通过移相变压器原副边移相角度的精确设计,可以在工频开关方式下,实现交流侧阶梯波输出,经过滤波得到高质量的正弦波形,但工频开关方式使其输出调压困难,而且随着脉冲数的提高,逆变器连接的变压器结构复杂,多个绕组之间的匝比难以兼顾,因此实际应用中多脉冲逆变器的通道数多在4以下。提出一种只有两个规格移相变压器结构的模块化48脉冲大功率PWM逆变器,该逆变器具有8个通道的三相逆变器和对应移相变压器组成,且每个三相逆变器采用低频PWM调制策略,实现输出电压调节。构建了一台8通道48脉冲的PWM逆变器样机,在各种运行状态下的输出波形以及相关测试数据验证了所提出的模块化多脉冲逆变器在输出波形、开关频率以及输出调节特性等方面的优势。     

谐波激励下变压器铜屏蔽杂散损耗的计算和验证

通过参考IEC61378-2标准提供的换流变压器谐波损耗计算方法,得出计算变压器铜屏蔽杂散损耗的解析公式。基于P21~c-EM1简化模型,采用一种新的杂散损耗测量方法,即通过模型总损耗测量值减去模型激励线圈损耗的精确仿真值得到结构件中的损耗,以此作为实验值,对解析公式计算的结果进行验证。结果表明:铜板的基波损耗计算结果与实验值基本一致;基波叠加多次谐波激励下的铜板损耗与各次谐波单独激励下的铜板损耗之和大致相同;在激励电流频率相同的情况下,铜板杂散损耗与电流大小的平方满足一定的比例关系;在激励电流大小相同的情况下,铜板损耗与电流频率的0.8次方不满足IEC标准给出的频率特性。基于此,引入一个考虑磁场分布的修正因子对频率特性进行修正,通过修正结果与实验值的对比验证了修正因子的合理性。     

非晶合金变压器的发展和在我国的应用及前景

介绍了非晶合金与常规硅钢作为变压器铁心在国外的发展概况,在论述了非晶合金与常规硅钢磁滞特性(曲线)和单位损耗(曲线)之后,介绍了非晶合金变压器的铁心结构、机械应力、运行寿命、节能与环境污染等性能,最后就非晶合金变压的价格、业主的选择、旧变压器的更换及农用系列非晶合金变压器设计等在我国的发展和应用作了展望.     

铁磁元件铁心损耗的低频测量方法

变压器出厂实验需要测量其空载励磁特性、空载损耗和负载损耗。空载损耗主要是铁损耗,测量空载损耗时往往要施加一个容量较大的工频电源。为了减小实验电源容量,使测量设备便携化,提出一种采用低频电源代替工频电源测量铁磁元件铁心损耗的低频测量法。该方法通过施加几个频率的低频电压,测量低频下的铁损耗PFe,得到不同频率的E/f(电动势/频率)-PFe曲线,再通过样条插值法计算频率不同、E/f相等时的铁损耗,根据最小二乘原理计算折算至工频下的铁损耗。并在单相变压器和电流互感器中开展实验,采用15,20,25 Hz的折算结果与工频50 Hz实测结果的相对误差ε5%,相对误差标准差σε0.9。结果表明,该方法折算准确度高、稳定性好,并减小了实验电源容量。     

方波激励下纳米晶体铁心损耗模型建立与验证

为了实现电力机车小型化轻量化的发展要求,国内外专家考虑通过采用提高变压器的工作频率减小变压器整体的体积和质量。铁心作为高频变压器的关键部件,可以准确计算铁心损耗,对中高频变压器的设计和优化具有重要作用。针对高频变压器铁心通常是工作在方波或脉宽调制(PWM)波等非正弦激励下的特点,对传统Steinmetz损耗计算模型进行了优化改进,给出了考虑磁密的变化率及波形系数对损耗的影响的Steinmetz改进损耗模型。同时,为了提高损耗模型在不同特征频率下的通用性,进一步对损耗模型系数的非线性进行研究,给出了模型系数随频率变化的非线性函数。最后,利用有限元计算结果同实物测量结果进行比较,证明了所提损耗模型在方波激励下对纳米晶体铁心计算的准确性。     

电流互感器伏安特性测试方法的研究

依据电力系统电压等级不断提高的工程背景下,采用变频测量保护用电流互感器伏安特性的方法,为电流互感器的现场检验提供了可能。通过研究铁心磁化过程的功率损耗,进而得出激磁频率与功率损耗的内在关系。针对涡流损耗和额外损耗对测量结果的影响,提出了伏安特性变频测量的损耗补偿方法,即在"频率比折算"的前提下,再进行损耗的补偿修正。研究结果表明,改进后的变频测试方法与直接在工频下测得伏安特性具有较高的一致性。     

三种失磁保护判据与低励限制配合研究

通过介绍南瑞RCS-985发变组失磁保护判据特性,对二滩水电站失磁保护典型配置方案进行了分析。结合二滩水电站定值,通过将三种不同坐标系下的失磁保护判据映射到阻抗平面和功率平面两种方法,系统研究失磁保护与低励限制的配合关系,验证其定值的合理性。     

注入式混合型有源滤波器的参数设计及工程应用

研制出一种注入式混合型有源滤波器,重点介绍了各组成部分的设计方法以及工程应用中的注意事项。无源滤波器包括单调谐滤波器和注入式滤波器,可按投资费用最小的方法设计,具体参数设计包括电容器、电抗器的容量和数值,最佳品质因数。耦合变压器的设计包括电压、电流、容量、联接组、变比等。输出滤波器调谐频率确定后,不能简单按照投资费用最小法设计电容和电感,而需要考虑整个系统的阻抗。有源滤波器的设计主要包括大功率逆变器的实现和直流侧电容的选取。控制器采用双DSP的数字化控制方案,其中TMS320F240主要实现与外电路的联系,TMS320C32专门用于实现大量复杂数据的计算。实际工程应用效果表明,投入注入式混合型有源滤波器后,电网电流波形由畸变波形改善为接近正弦波,电流中的谐波分量大幅减少。     

高频平面变压器绕组损耗分析及参数优化设计

本文针对高频电源变换技术的需求,分析了高频工作条件下,铜箔绕组的交流阻抗、结构参数、绕制方式对平面变压器损耗的影响,研究了并联绕组结构的损耗特征及影响因素。根据研究和仿真分析结果,提出了高频工作条件下,几种低损耗平面变压器绕组的结构优化设计方案,并进行了Maxwell 3D仿真对比分析。还完成了高频平面变压器样机研制,最后进行了变压器的参数测试及分析,和相应的电源变换模块带载试验,得到了效率最高、温升最低及变化最平稳的平面变压器绕组设计方案,结果表明并联绕组交叉结构能够减小变压器高频损耗、降低温升、提高效率。