【摘要】：固態(tài)變壓器是一種將電力電子變換技術(shù)與基于電磁感應(yīng)原理的高頻電能變換技術(shù)相結(jié)合、實(shí)現(xiàn)電能變換的靜電設(shè)備。通過電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)變壓器的融合,可以提高電網(wǎng)設(shè)備的智能化水平。從總體來看,固態(tài)變壓器由輸入級、隔離級、輸出級三部分組成。隔離級高頻變壓器對于鐵心材料以及鐵心結(jié)構(gòu)的適用性要求較高,鐵心材料在磁化過程中造成的損耗會直接影響到它的傳輸效率,而目前對于鐵心損耗的計(jì)算方法精確度不高。本文針對模塊化多電平高頻變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,在鐵心損耗計(jì)算過程中提出了一種改進(jìn)的鐵心損耗計(jì)算方法。本文主要工作內(nèi)容如下:首先,論述了固態(tài)變壓器對于智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要性,接著介紹了高頻變壓器在固態(tài)變壓器中所起到的重要作用。針對傳統(tǒng)變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析了模塊化多電平高頻變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。介紹了高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法:幾何參數(shù)(K_g)法和面積乘積(A_P)法。通過對面積乘積(A_P)法進(jìn)行公式推導(dǎo),為高頻變壓器設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。其次,討論了適用于高頻變壓器鐵心材料的特性,具體對鐵基納米晶和軟磁鐵氧體兩種高頻材料特性作對比分析。研究了C型和E型鐵心結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分別對上述兩種材料所對應(yīng)的C型和E型鐵心結(jié)構(gòu)做具體參數(shù)計(jì)算,得出了四種參數(shù)。利用趨膚效應(yīng)分析方法,選擇合適的導(dǎo)線,進(jìn)而求出繞組損耗。提出了一種改進(jìn)的鐵心損耗計(jì)算方法,使得鐵心損耗計(jì)算更加精確。最后,采用繞組等效建模方法分別對依據(jù)上述四種參數(shù)所設(shè)計(jì)的高頻變壓器搭建COMSOL Multiphysics仿真模型,并利用外電路聯(lián)合仿真分析方法對其作鐵心溫度、損耗、電磁特性分析與對比。結(jié)果表明:改進(jìn)后的鐵心損耗計(jì)算方法更準(zhǔn)確,C型結(jié)構(gòu)高頻變壓器效率高于E型結(jié)構(gòu)高頻變壓器,鐵心結(jié)構(gòu)相同的情況下,軟磁鐵氧體作為鐵心材料的高頻變壓器效率高于鐵基納米晶的高頻變壓器。
【圖文】：

第 1 章 緒論償?shù)取Ｅc傳統(tǒng)電力變壓器相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：環(huán)保、占地面積小、無變壓器污染少；一次側(cè)和二次側(cè)電壓幅值可以保持不變，不會因負(fù)載切換而產(chǎn)生較大的；高低壓側(cè)交流波形失真率小，基本上是正弦波，功率因數(shù)控制靈活。與傳統(tǒng)變相比，固態(tài)變壓器的保護(hù)裝置相對簡單，可以配置一些方便于設(shè)備各級達(dá)到自愈要求的智能控制單元。它還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，有利于實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的要求[15]。固態(tài)變壓器的基本工作原理如圖 1.1 所示[16]。

提高功率因數(shù)等功能[18]。文獻(xiàn)[19]中 M. Kang、P.N. Enjeti 等人為了減小變壓器體積、減輕質(zhì)量、改善變壓器整體效率，提出了一種基于直接從輸入到輸出 AC/AC 變換的 SST 的結(jié)構(gòu)，如圖 1.2所示。這種 SST 工作頻率從工頻提高到中頻，其工作原理為：輸入側(cè)連接電力系統(tǒng)工頻交流，通過電力電子器件把工頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號（600Hz～1kHz），中頻信號通過中間隔離級中頻變壓器耦合到二次側(cè)，隨后又被電力電子器件同步還原為工頻信號。為了減小電力電子器件在開斷過程中產(chǎn)生的過電壓，文獻(xiàn)中提出了一種四級開關(guān)控制策略，可使電力電子器件安全換向。文獻(xiàn)中 SST 中間隔離級變壓器鐵心材料為常用的硅鋼材料。通過實(shí)驗(yàn)證明：對于傳統(tǒng)變壓器，當(dāng)變壓器工作頻率由 60Hz 提高到 1kHz 后，變壓器的傳輸容量可提高三倍，傳輸效率可得到改善�；� AC/AC 變換的 SST 體積相對同容量的傳統(tǒng)變壓器縮小了三倍，，總體效率與傳統(tǒng)變壓器基本一致，固態(tài)變壓器工作原理和控制策略較簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但可控性不高。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM433

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