本文選題：有限元 + 變壓器　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的進步，開關(guān)電源的工作頻率和功率密度不斷提高，自身體積不斷變小，其功率損耗和分布參數(shù)對電源系統(tǒng)的也影響越來越嚴重。因此，如何降低損耗和優(yōu)化分布參數(shù)設(shè)計出滿足電路要求的變壓器已經(jīng)成為現(xiàn)代電力電子領(lǐng)域的重要內(nèi)容。 本文首先分析了高頻效應(yīng)對變壓器損耗和分布參數(shù)的影響，同時探討了損耗和分布參數(shù)的影響因素。針對有限元理論重點分析了對電磁場數(shù)值計算的方法，且給出了計算過程的幾個主要步驟。對高頻效應(yīng)對變壓器所產(chǎn)生的各個方面的影響進行了探討，并應(yīng)用電路仿真軟件逐一對其進行了詳細分析。進一步分析了其損耗和分布參數(shù)形成的原因和機理。 文章重點研究了應(yīng)用有限元理論來計算變壓器的損耗、分布參數(shù)的過程和方法。根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)和若干假設(shè)條件，建立了其3D模型，通過有限元方法對它進行了計算，把得到的損耗與用解析法所得的結(jié)果進行了對比，同時參考了變壓器在開關(guān)電源總損耗中所占的比例，肯定了有限元方法在計算變壓器損耗方面的可靠性。 通過調(diào)整模型的繞組間距和絕緣層的相對介電常數(shù)，對應(yīng)用有限元方法計算得到的分布參數(shù)進行了分析和對比。進一步應(yīng)用非線性回歸算法對漏感和分布電容關(guān)于繞組間距和介電常數(shù)進行了曲面擬合，建立了對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并對其進行了分析。最后通過實驗，改變了實驗中開關(guān)電源變壓器的繞組間距，并對漏感和輸出電壓的峰峰值進行了測量，揭示了漏感隨絕緣間距的變化規(guī)律和對開關(guān)電源性能指標峰峰值的影響。 因此，在設(shè)計開關(guān)電源變壓器的過程中，可以運用上述的計算方法來預(yù)測變壓器各個部分的損耗，是否滿足系統(tǒng)分配給變壓損耗額度的要求。同時，建立分布參數(shù)關(guān)于變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料性質(zhì)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，以便通過調(diào)整優(yōu)化參數(shù)來獲得合理的分布參數(shù)滿足電路的要求。應(yīng)用這樣的方法來實現(xiàn)開關(guān)電源中變壓器優(yōu)化設(shè)計的目標，它對理論和實踐都具有重要的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:With the development of power electronics technology, the working frequency and power density of switching power supply are increasing, and its own volume is becoming smaller. The power loss and distribution parameters have more and more serious influence on the power supply system. Therefore, how to reduce the loss and optimize the distribution parameters to design transformers to meet the requirements of the circuit has become an important content in the field of modern power electronics. In this paper, the influence of high frequency effect on transformer loss and distribution parameters is analyzed, and the influence factors of loss and distribution parameters are discussed. Based on the finite element theory, the numerical calculation method of electromagnetic field is analyzed, and several main steps of the calculation process are given. The influence of high frequency effect on transformer is discussed, and the circuit simulation software is used to analyze it one by one. The cause and mechanism of the formation of loss and distribution parameters are further analyzed. In this paper, the process and method of calculating transformer's loss and distribution parameters by using finite element theory are studied. According to the structural parameters and some hypothetical conditions of the transformer, the 3D model of the transformer is established and calculated by the finite element method. The loss obtained is compared with the results obtained by the analytical method. At the same time, the reliability of finite element method in calculating transformer loss is confirmed by referring to the proportion of transformer in the total loss of switching power supply. By adjusting the winding spacing of the model and the relative dielectric constant of the insulation layer, the distribution parameters calculated by the finite element method are analyzed and compared. Furthermore, the nonlinear regression algorithm is applied to the curved surface fitting of leakage inductance and distributed capacitance about winding spacing and dielectric constant, and the corresponding mathematical model is established and analyzed. Finally, the winding spacing of switching power supply transformer is changed, the peak value of leakage inductance and output voltage is measured, and the variation rule of leakage inductance with insulation distance and the influence on peak peak value of switching power supply performance index are revealed. Therefore, in the process of designing the transformer of switching power supply, the above calculation method can be used to predict the loss of each part of the transformer and whether it can meet the requirements of the system assigned to the variable voltage loss. At the same time, the mathematical model of the distribution parameters about the structural parameters and the material properties parameters of the transformer is established, so that the reasonable distribution parameters can be obtained by adjusting the optimized parameters to meet the requirements of the circuit. Applying this method to realize the objective of optimal design of transformers in switching power supply is of great significance to both theory and practice.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN86

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