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.     

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。     

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。     

高频变压器绕组损耗解析计算分析

高频变压器的绕组损耗是固态变压器整机功率密度与效率的一大决定因素。然而,不同绕组结构下绕组损耗的计算存在多种解析公式,精度随绕组空间结构变化,且部分解析公式存在漏写或错误;绕组导体的厚度最优选择也是一个关键问题。为了解决上述问题,分别讨论铜箔绕组、绝缘实心圆导线绕组和利兹线绕组3种导体绕组损耗的解析计算方法,并据此揭示绕组损耗与变压器工作频率、结构参数的关系,同时推导特定工作频率下的最优导体厚度。对适用于利兹线绕组的Bartoli公式与Tourkhani公式源文献中的错误进行修正,并根据实际工作条件简化Tourkhani公式。对于实心圆导线绕组,绕制2个样例变压器绕组,使用网络分析仪测量其交流电阻,分析不同绕组解析算法的计算误差。实验测量结果显示,改进Ferreira算法具有最小的计算误差,为高频变压器绕组的选型与效率优化提供参考。     

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。     

一种基于遗传算法的高频反激变换器的优化设计

在理论分析的基础上,以优化高频变压器的磁芯功率损耗和绕组功率损耗为目标,以单端反激式变压器为例建立了高频变压器的总功率损耗计算模型。在该功率损耗计算模型的基础上结合从系统角度设计DC-DC变换器的方法,采用一种基于遗传算法的高频DC-DC变换器的优化设计方法,得到了设计参数的最优取值。利用优化设计方法设计了高频DC-DC变换器印制板电路,实验验证了优化设计方法的正确性。     

基于开关瞬态波形提取高频隔离变压器漏感参数

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能很好地匹配变压器的实际工作波形,为此,提出一种基于DAB移相控制实验的提取漏感方法。基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性。最后分析总结了变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系。     

基于拉格朗日数乘法的高频高压变压器分布电容优化设计

高频高压变压器在电容器充电电源、脉冲强磁场系统、静电除尘等诸多领域有重要应用,为了提高变压器运行的可靠性,该文以减小高频高压变压器的分布电容和限制其损耗作为设计时的优化目标,并针对此目标提出了一种基于Lagrange数乘法的高频高压变压器分布电容的优化设计方法。并依据此设计方法绕制了一台输入电压500V,输出电压10kV,额定频率15kH z,额定功率为30k V×A的高频高压变压器。对所设计的变压器进行了仿真和实验,得到的分布电容和损耗与理论计算结果一致,且满足绝缘和损耗要求,验证了文中建立的Lagrange模型的准确性。将优化后的变压器与未优化的变压器进行充电对比实验,优化后的变压器充电速度更快,线性度更好,实验结果验证了该优化设计方法的有效性和可行性。     

高频变压器分布参数分析

随着单端反激电源工作频率的提高,高频变压器分布参数的影响不可忽视,但在实际设计中一般考虑漏感而忽略了分布电容的影响。高频变压器分布电容可分为绕组匝间电容、绕组层间电容、绕组间电容。文章给出了高频变压器数学模型及各类分布电容的理论计算方法,并分析了不同绕制方法和空间布局对高频变压器分布电容的影响,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

高频变压器分布电容的影响因素分析

反激变换器的高频运行表明功率变压器寄生参数对变换器的性能影响很大。变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容,而设计过程中往往很少考虑分布电容。该文给出了适用于工程分析的变压器高频简化模型,分析高频高压场合变压器寄生参数对反激变换器的影响。继而给出寄生参数的确定方法,并基于此分析,提出控制寄生参数的工程方法,研究不同的绕组绕制方法和绕组位置布局对分布电容大小的影响,并通过实验验证了文中分析的正确性及抑制方法的实用性。     

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。     

高频变压器漏电感参数灵敏度分析及其半经验模型

为解决高频变压器绕组端部磁场强度水平分量造成的漏电感参数低估问题,提出了一种考虑端部效应的漏电感参数半经验计算方法.首先研究了高频变压器漏磁场能量对变压器铁心窗口区域各个几何结构参数的灵敏度,确定了漏电感参数的决定性影响因子;然后结合解析计算与数值计算方法,通过对20592次参数化有限元计算结果进行拟合,得到了高频变压器漏电感参数的半经验计算模型;最后通过调整每层的填充率将半经验模型推广到非连续导体的绕组,如矩形、方形等.该模型便于写入变压器设计程序,在变压器设计环节实现对漏电感参数的精确控制,各个参数较宽的取值范围保证了该模型具有广泛的适用性.将该模型的计算结果与现有解析公式以及实验测量结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

寄生参数效应的共模扼流圈集中参数建模

为分析传导EMI用共模扼流圈寄生参数的效应和预测EMI滤波器的高频特征,需要建立其寄生参数的模型,为此提出了基于阻抗测量实现共模扼流圈集中参数的建模方法,模型包括共模电感、漏感、绕组寄生电容等参数。基于阻抗测量,阐述求解寄生电容的基本原理;运用电路等效原理,将磁心的损耗等效为电阻的损耗,经适当简化,该电阻仅是频率的函数,将非线性的磁心损耗用一个与频率有关的电阻元件来等效,适合于电路的设计和仿真。最后通过样品实验,用所提出的方法建立了共模扼流圈的高频模型。     

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。     

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。     

绕组交叉换位对高频变压器参数影响的分析

为了掌握不同交叉换位结构对变压器参数影响的情况,针对平面卧式变压器,利用有限元分析(FEA)方法计算变压器窗口内磁场能量,将绕组交流电阻和漏感随交叉换位的变化进行量化,获得了KR、KL两个系数来分别表征线圈交流电阻和漏感的变化规律。实例计算验证了系数的有效性,即已知一种绕组结构的交流电阻和漏感,就可利用这两个系数通过简单计算获得其它形式绕组结构的参数,此为高频变压器的初期设计提供有效支持。     

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。     

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。     

高频变压器漏电感简化计算方法

绕组高频效应使高频变压器漏感参数具有复杂的频变特性.但传统算法并未考虑漏磁的频变特性导致计算精度较差,而现代计算方法单纯地套用Dowell公式,并且没有考虑不同绕组结构的漏磁分布特性,导致公式通用性较低,在实际工程中难以使用.本文在对高频变压器实际漏磁分布模型分析的基础上,提出一种高频漏磁分布等效变换模型,并基于磁链分割理论,提出了一种考虑频变特性和绕组结构的漏感简化计算方法.新方法与其他方法相比较具有更高的计算精度和更简便的结论公式,更方便在实际工程中使用.然后设计制作了一台高频隔离变压器实验样机模型,并通过仿真实验和实物测量验证了该方法的正确性和有效性.