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。     

基于多目标遗传算法的大功率高频变压器优化设计

随着大功率高频变压器容量的增加和工作频率的提高,变压器设计需要综合考虑变压器效率、寄生参数、绝缘和散热等问题。讨论了高频变压器损耗和寄生参数的相关计算,基于有约束的多目标遗传优化算法,提出一种在高频变压器设计中兼顾变压器绝缘、损耗和漏感大小等约束条件和优化目标的绕组结构优化设计方法,通过非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行优化设计。根据此优化方法设计一台220V/3.52kV,功率为3.52kW、工作频率为20kHz的高频变压器样机,实验验证变压器损耗和漏感计算结果的正确性和优化方法的有效性。     

大功率中频变压器漏感计算及其校正方法

为在设计阶段对大功率中频变压器漏感值进行准确法估算,基于中频变压器一维等效模型,根据漏磁场分布特征,通过能量法进行了变压器漏感参数解析公式推导。在此基础上,根据理想漏磁场模型与实际的差异,修正了解析公式中绕组的电导率与漏磁场的计算高度。通过比较两台样机在50 Hz~10 k Hz频段下的漏感实测与计算结果,证实了对这2个参数同时进行校正,可使变压器漏感计算误差减小到5%以内,并进一步分析了仍然存在的误差产生的原因。通过样机1与样机2的漏感值对比,证明了绕组交叉换位技术可有效减小变压器漏感。     

三绕组高频变压器优化设计方法

随着工程中对三绕组高频变压器的需求逐渐增多,准确计算三绕组高频变压器电磁参数并对其结构进行优化设计具有重要的工程价值。根据三绕组高频变压器结构,推导了中间位置绕组的交流电阻系数计算式。求解得到三绕阻高频变压器中压绕组区域漏磁能量大小,用以计算高低压绕组间漏电感。使用自由参数扫描法进行设计的过程中,采取给定高压绕组初始位置进行迭代计算的方式,实现同时对三绕组高频变压器2个漏电感进行控制。按照最优设计方案制作了一台5kHz/7kVA三绕组高频变压器样机,通过仿真分析与试验测试验证了计算方法与设计方案的有效性。     

矩阵变压器在LLC直流变压器中的应用

随着中转母线变换器的发展,其对于输出功率和功率密度的要求不断提高,然而传统变压器由于其漏感和绕组交流损耗等原因在高频时很难保证变换器的高效率,因此矩阵变压器的概念被提出。本文针对LLC直流变压器(LLC-DCX),应用了矩阵变压器以减小变压器绕组阻抗和漏感,为减小变压器损耗,提出了基于效率优化的矩阵变压器设计方法。同时,本文针对矩阵变压器副边PCB绕组在低压大电流输出场合,通过优化绕组的布局方式,减少连接点损耗和高频下的漏感,实现效率优化的目标。最后,研制了一台1.4k WLLC-DCX原理样机,对理论论证和设计进行了验证。     

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。     

一种基于ALO算法的高频饼式变压器优化设计

此处提出一种基于蚁狮优化(ALO)遗传算法的高频变压器设计方案.为实现LLC电路磁集成设计,提出饼式结构变压器漏感计算方法.在满足漏感、温升、效率与功率密度多目标条件下进行优化设计,并充分考虑 了绝缘间距对结构的影响,详细计算了因高频趋肤效应与邻近效应导致的额外铜损.给出了变压器优化设计的流程与漏感计算方法,搭建了 800V/800V,30kVA的实验样机,通过有限元仿真和实验测试结果验证了所设计变压器漏感计算方法的准确性.     

中频圆导线变压器漏感的精确解析计算

中频变压器作为反激直流变换器的核心部件,变压器漏感过大时产生的尖峰电压对开关器件的影响是不可忽视的.另外在谐振直流变换器中,变压器漏感需要与谐振电容、频率匹配才能使电路达到理想工作状态.因此,在设计直流变换器时,对变压器漏感进行精确的计算变得尤为重要.现有计算漏感的数值法无法灵活地运用于变压器设计中,解析法得到广泛的推广.目前中频圆导线变压器漏感的解析计算法大多基于面积等效法,但是等效后会使变压器窗口处绝缘区域面积偏大,漏感计算结果不够准确.另外也有对中频圆导线的频率效应进行直接分析,但忽略了匝间的不规则空隙,导致漏感计算结果偏小.为此,该文提出一种更加精确的漏感解析计算方法,不仅对圆导线的频率效应进行分析,而且考虑了匝间不规则空隙,以提高漏感的解析计算精度.最后基于搭建的变压器样机进行实验,验证了所提方法的正确性和有效性.     

超声波电动机驱动系统中推挽变压器的优化设计

从推挽变压器基本电学模型入手,分析其各电学参数对超声波电动机驱动波形的影响.通过仿真发现,漏感参数在脉冲上升和下降时对输出波形的延时作用,得出利用推挽变压器漏感参数优化驱动电压波形的设计思路.通过由漏感参数和超声波电动机等效电学参数所构成的低通滤波模型分析得出基于变压器漏感参数的推挽变压器优化依据.最后为了降低功率管的能耗,提出了根据最优的功率管负载曲线设计变压器变比的优化方案.基于优化方法的推挽变压器已在超声波电动机驱动系统中得到了应用.     

60kV高频高压变压器分布参数的研究

在高压直流开关电源中,高压高频变压器是升压、传递能量和安全隔离的关键部件,其性能好坏将直接影响原边和副边电路运行。高频高压变压器的分布参数主要是漏感和分布电容。首先分析高压高频变压器分布电容产生的机理及规律,提出了四次级高压高频变压器的等效模型。然后采用解析法根据高压高频变压器的几何参数对其分布电容进行推导,并对比两种不同绕组连接方式下高压高频变压器的动态电容。最后设计一台60 kV高压高频变压器,并对其分布电容进行测试,结果与理论相符合。     

非晶合金铁心损耗与磁致伸缩特性测量与模拟

针对电力机车对中频变压器低损耗、低噪声的设计要求,该文对中频变压器用铁心材料非晶合金的损耗与磁致伸缩特性开展深入研究.模拟中频变压器的实际工作状态,对非正弦激励下非晶合金的损耗特性进行测量.在此基础上,对传统的斯坦梅兹损耗计算公式进行修正,同时考虑到不同频率下损耗计算公式的通用性,对损耗计算公式的系数进行变系数改进.考虑中高频变压器的振动噪声问题,采用激光测试仪,对非晶合金铁心材料的磁致伸缩特性进行测试分析,并建立铁心材料磁致伸缩特性的预估模型.实验验证了所提损耗和磁致伸缩模型的有效性,为中高频变压器的优化设计提供理论依据.     

高频变压器技术研究综述

高频变压器(high frequency transformer,HFT)是一种结合电力电子技术和高频磁链技术的电能变换设备。由于与工频变压器相比,HFT具有体积小、质量轻等优点,因此HFT在现代变换器中有着广泛的应用。但是,HFT在应用过程中还存在许多问题有待解决。在介绍HFT发展历史的基础上,总结了HFT的基本原理和计算方法,介绍了漏感和分布电容等参数,归纳了绕组及磁损耗的计算方法,并对HFT的优化设计技术,如磁芯优化技术、绕组优化技术、样机设计制造技术与多物理仿真等进行了梳理和概括。最后对HFT还存在的问题以及发展方向进行归纳与展望。对于HFT相关的研究者和生产者具有一定的参考价值和学习意义。     

基于磁链分区的大功率中频变压器漏感参数计算方法

基于中频变压器磁场一维等效模型,根据其分布特征,利用磁链分区思想,进行了中频变压器漏感参数解析计算公式推导。在此基础上,假设磁通与其所在区域的绕组不交链或全交链。通过取这两种假设条件下的平均值来简化漏感参数计算过程与解析表达式。通过比较计算与实测结果,证实了这种计算方法的正确性与有效性。     

基于移相全桥拓扑变压器与电感设计研究

介绍了基于UCC3895移相全桥拓扑的低压大电流开关电源变压器与电感参数的计算方法及结构设计方法,设计出了一款输出电压12 V、输出电流233 A,额定功率2 800 W的开关电源,采用该变压器与输出电感计算方法,可以完美地实现变压器漏感与开关管结电容零电压开关(ZVS)功能。通过结构改良,能解决传统变压器与电感设计在低压大电流应用场合存在的传导损耗大、散热及绕制困难的问题,根据样机测试结果,电源的整机效率最高可达96.21%,该应用设计可解决目前市场上中大功率、高效率、高功率密度电源的需求。     

反激变压器漏感和分布电容的影响分析

针对反激变压器工作在高频情况下寄生参数不可忽略的事实,详细分析了变压器漏感和分布电容给反激变换器带来的影响。首先,分析了理想变压器情况下电流断续模式反激变换器的工作过程;其次,分析了理想变压器中只加入漏感、只加入分布电容、同时加入漏感和分布电容3种情况下寄生参数对反激变换器工作过程的影响;最后,设计了一台反激变换器实验样机对寄生参数的影响进行了验证。实验结果表明,漏感会在开关管关断瞬间的漏源电压上产生一个电压尖峰,分布电容会在开关管开通瞬间的漏极电流上产生一个电流尖峰,同时开关管截止期间漏感和分布电容之间以及励磁电感和分布电容之间产生的谐振会在开关管的漏源电压上叠加相应的振荡。     

大容量高频变压器绕组损耗的计算与分析

应用有限元法对铜箔式10kW大容量高频变压器损耗进行分析,对不同绕组结构的变压器进行了损耗分析,得到了绕组交叉换位技术可减少大容量高频变压器损耗的结论,最后样机实验数据提供了有力的证明。利用绕组交叉换位技术设计开发的20kHz、10kW变压器效率最高可达99%。     

高频变压器分布参数提取及谐振电路设计

高频变压器中存在漏感和分布电容。首先对其建立简化的二维电路模型。再用有限元软件Ansoft Maxwell对高频高压大功率变压器的绕组和铁芯进行二维建模,对建好的模型进行电场和磁场分析。然后用能量法对漏感和分布电容进行提取,最后将提取的分布参数整合到谐振电路中,使电路中的开关元件可以实现软开关,系统运行的损耗得以减小。     

基于有限元法的高频变压器漏电感和绕组损耗计算与分析

高频变压器绕组结构和排布方式对漏电感与绕组损耗的影响很大,明确不同绕组结构和排布方式对漏电感和绕组损耗的影响,对于高频变压器大规模优化设计至关重要。基于有限元分析方法,本文研究了无交叉换位、部分交叉换位和完全交叉换位方式,以及绕组层数对宽频区间内漏电感、绕组损耗的影响规律。结果表明,导体内高频涡流效应造成漏电感和交流电阻存在频变特性;交叉换位程度越高,漏电感和绕组损耗的降低越明显;控制绕组总匝数保持不变的情况下,降低绕组层数可以显著降低漏电感和绕组损耗。最后提出了高频变压器漏电感和绕组损耗的控制方法,该方法对于高频变压器的优化设计具有一定的指导意义。     

高频变压器漏感计算方法及优化设计研究

在电力电子变压器应用中,高频变压器漏感对所连接变换器的电压、电流应力及整个装置的性能具有重要影响,因此准确计算与设计高频变压器的漏感显得尤为重要。为了更准确地计算高频变压器漏感,此处考虑高频变压器实际绕线工艺,提出一种新的漏感解析方法,该方法结合了理论解析计算和实际高频变压器绕线结构,通过有限元仿真和实测,验证了该计算方法的有效性。在此分析了频率变化对漏感的影响,可将计算过程进一步简化,节省计算时间。研究了绕组匝数、绕组高度以及高低压绕组之间的绝缘距离等因素对高频变压器漏感的影响,为高频变压器优化设计提供理论依据。     

一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

高频变压器作为直流变换器中的核心功率部件,其漏感值的精确性对变换器工作模态及控制具有重要影响,尤其在高频工作条件下更为突出。目前针对高频变压器漏感计算,常用的一种方法是考虑高频效应的磁场能量解析法,基于磁场能量计算求解漏感。但由于该方法在计算磁场能量时采用了平均匝长的方案,磁场能量计算不准确,使得在匝比不为1的高频铜箔变压器中,漏感计算精度不够高。为此,文中提出了一种基于精确匝长的高频铜箔变压器漏感计算方法,在径向方向考虑实际匝长的变化,以此计算获得磁场能量,进而计算变压器漏感。该方法不受变压器匝比约束,在不同匝比下均可保证漏感计算精度。最后基于Ansys进行建模仿真,仿真结果验证了所提出漏感计算方法的正确性和有效性。