電力電子變壓器通過電力電子控制技術提升變壓器的運行頻率，使得變壓器的體積與重量大幅降低。在離岸風電、電力機車等對于功率電感變壓器體積重量有較高限制的應用領域，有著廣泛的應用前景。由于采用更高的電磁耦合頻率，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設計與優(yōu)化方法與傳統(tǒng)工頻變壓器相比有較大的區(qū)別。 更小的體積與更高的頻率使得變壓器能量密度提升的同時，損耗密度也大幅上升。變壓器的損耗主要包括繞組損耗與鐵芯損耗。高頻下渦流帶來的集膚與鄰近效應，使得變壓器繞組中電流密度分布不均勻，集中于繞組的表面。常采用箔式、利茲線以及空心管繞組，在保證足夠繞組橫截面積的同時減小繞組厚度，以降低繞組高頻損耗。變壓器鐵芯損耗同樣會隨著頻率的提升而顯著增加。常采用超薄硅鋼片、鐵氧體、非晶以及納米晶等高頻損耗較小的材料制造中高頻變壓器的鐵芯。納米晶具有較小的高頻損耗密度和相對較高的飽和磁密，常被用于大功率中頻變壓器。且經(jīng)過電力電子變換，變壓器的電壓與電流波形常為非正弦，因此在計算繞組與鐵芯損耗時，需考慮非正弦波形因素的影響。
變壓器作為換流電路中的一部分，其分布參數(shù)會影響電力電子器件的換流狀態(tài)。當采用移相控制方式時，變壓器漏感需達到一定值才可滿足電力電子器件的軟開關條件。當采用諧振控制方式時，變壓器漏感需與諧振電容以及頻率相匹配，才可使電路達到理想的諧振換流狀態(tài)。因此在設計階段，需根據(jù)所采用的控制方式考慮變壓器漏感的取值。
綜上所述，對大功率中頻變壓器進行優(yōu)化設計時，需考慮以上有別于傳統(tǒng)工頻變壓器的各類因素�！洞蠊β手蓄l變壓器多目標參數(shù)優(yōu)化設計》分析了大功率中頻變壓器繞組高頻損耗、鐵芯高頻損耗以及漏感參數(shù)計算方法。在此基礎上，利用自由參數(shù)掃描法對其進行了優(yōu)化設計。按照優(yōu)方案制造了樣機，并對樣機參數(shù)進行了實驗測試。
重點內(nèi)容
1.分析了采用Dowell解析模型計算不同形式的繞組高頻損耗的方法;對比了幾種基于原始Steinmetz公式的非正弦激勵下的鐵芯高頻損耗計算方法;分析了大功率中頻變壓器漏感參數(shù)計算及其校正方法。
2. 制定了大功率中頻變壓器設計流程。以面向高速列車輕量化應用的電力電子牽引變壓器300 kW功率單元中的一臺中頻變壓器為實例，對設計流程進行詳細說明。
3. 利用自由參數(shù)掃描法對300 kW大功率中頻變壓器進行了優(yōu)化設計。根據(jù)綜合評價系數(shù)，選擇了優(yōu)設計方案，并制造了樣機，進行了實驗測試。
