本文選題：大功率中頻變壓器 + 電力電子變壓器��； 參考：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：隨著電力電子器件和高頻磁性材料的發(fā)展,電力電子變壓器被越來越多地引入到高壓大功率的應(yīng)用領(lǐng)域。大功率中頻變壓器是電力電子變壓器電磁耦合環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部件,起著電氣隔離和電壓變換的作用。由于采用更高的運(yùn)行頻率,且變壓器原副邊均與電力電子換流器相連接,使得大功率中頻變壓器的特性與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)工頻變壓器有著較大的區(qū)別。針對(duì)大功率中頻變壓器開展系統(tǒng)、科學(xué)的研究,對(duì)于未來電力電子變壓器在電力機(jī)車、離岸風(fēng)電以及智能電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用具有重要的意義。本文重點(diǎn)開展了大功率中頻變壓器繞組高頻損耗、鐵心高頻損耗、漏感參數(shù)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究,主要內(nèi)容如下:研究了大功率中頻變壓器空心繞組交流電阻的計(jì)算方法。分析了高頻渦流條件下變壓器繞組的集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)。對(duì)運(yùn)用經(jīng)典Dowell理想模型計(jì)算長箔式繞組高頻損耗,以及其他形式的繞組折合為長箔式繞組的方法進(jìn)行了研究。將空心繞組應(yīng)用于大功率中頻變壓器,可以同時(shí)提高繞組材料利用率和變壓器散熱效率。通過分析大量空心繞組中頻變壓器有限元模型的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,總結(jié)了繞組空心電阻系數(shù)與相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系。通過空心電阻系數(shù)這一新參數(shù),將繞組高頻交流電阻解析計(jì)算公式的應(yīng)用范圍拓展至空心繞組交流電阻的計(jì)算中,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法的正確性與有效性。對(duì)比分析了幾種非正弦激勵(lì)下鐵心損耗計(jì)算修正方法。對(duì)變壓器鐵心損耗的三類計(jì)算方法進(jìn)行了研究。從原理上對(duì)比分析了幾種非正弦激勵(lì)下基于原始Steinmetz經(jīng)驗(yàn)公式的鐵損計(jì)算修正方法。搭建了鐵心磁滯回線測(cè)量系統(tǒng),通過此系統(tǒng)對(duì)一納米晶磁環(huán)鐵心鐵損功率密度進(jìn)行了測(cè)量,并對(duì)此鐵心的原始Steinmetz經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)進(jìn)行了擬合。通過對(duì)比鐵心在方波與三角波電壓激勵(lì)下鐵損密度實(shí)測(cè)值與各修正方法解析計(jì)算值,以及在占空比可調(diào)的矩形波電壓激勵(lì)下鐵損密度有限元仿真計(jì)算值與各修正方法解析計(jì)算值,驗(yàn)證了理論部分對(duì)比分析結(jié)果的正確性。研究了大功率中頻變壓器漏感參數(shù)計(jì)算及其校正方法。分析了漏感與漏磁場(chǎng)能量、漏磁鏈之間的關(guān)系。依據(jù)磁場(chǎng)分區(qū)思想,分別基于漏磁場(chǎng)能量與漏磁鏈對(duì)漏感參數(shù)解析計(jì)算公式進(jìn)行了推導(dǎo)。根據(jù)理想模型與實(shí)際工況的差異,提出了漏感計(jì)算解析參數(shù)的校正方法,對(duì)繞組電導(dǎo)率以及漏磁場(chǎng)計(jì)算高度進(jìn)行了修正。通過對(duì)比兩臺(tái)樣機(jī)漏感的實(shí)測(cè)值與解析計(jì)算值證明了所推導(dǎo)漏感解析計(jì)算公式的正確性,以及對(duì)上述兩個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行校正,可有效減小大功率中頻變壓器漏感解析計(jì)算誤差。采用忽略繞組區(qū)域磁通部分交鏈取平均值的方法,簡(jiǎn)化了此區(qū)域漏感參數(shù)的計(jì)算過程以及解析表達(dá)式。通過對(duì)比一臺(tái)樣機(jī)漏感的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值,證明了這種方法的有效性。對(duì)應(yīng)用于高鐵動(dòng)車組的基于輕量化需求的電力電子牽引變壓器中的一臺(tái)300kW中頻變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)電力電子牽引變壓器的系統(tǒng)參數(shù)以及其所采用的電力電子控制電路的拓?fù)渑c控制方式,確定了大功率中頻變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)并制定了優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。采用自由參數(shù)掃描法提出了心式與殼式結(jié)構(gòu)各24組設(shè)計(jì)方案,計(jì)算了各組方案繞組與鐵心損耗值,進(jìn)行了溫升校驗(yàn),然后進(jìn)一步計(jì)算了各組方案的漏感與重量值。為了同時(shí)兼顧變壓器損耗、漏感與重量,建立了綜合評(píng)價(jià)系數(shù)公式。根據(jù)最優(yōu)方案制造了大功率中頻變壓器樣機(jī),并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。各目標(biāo)參數(shù)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值誤差均在可接受范圍內(nèi),證明了所采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的正確性與有效性。
[Abstract]:With the development of power electronic devices and high - frequency magnetic materials , power electronic transformers are increasingly introduced to high - voltage and high - power applications .
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM432

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2039186