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%。