静电除尘用高频高压变压器优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法，选取合适的磁芯，针对高频变压器的特性，在高频高压变压器设计方法的基础上将粒子群与遗传算法相结合，以变压器匝比以及波形的占空比为优化变量，以输出损耗为优化目标对变压器进行优化设计。本发明专利技术采用遗传粒子群算法，即在粒子群算法的基础上将遗传算法的选择算法、交叉操作以及变异操作引入到粒子群算法中，此算法迭代过程简单，具有容易理解、易于实现、收敛速度较快、效率更优等优点。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术设计一种变压器优化设计方法，尤其涉及一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法，属于环保设备
技术背景：随着工业的不断发展，大气污染日趋严重，人类的环保意识逐渐加强，对工业除尘技术提出了更高要求。其中，高频高压静电除尘器在工业除尘使用中越来越广泛。高频变压器是静电除尘设备非常重要的一个环节。随着电力技术的不断发展，变压器的整体性能得到了稳步的提升，但从目前变压器使用情况来看，还存在着诸多的问题，必须对其进行优化设计，以实现变压器效率发挥的最大化。尤其由于其工作在高频条件下，运行状态更加复杂，高频损耗增加，因此如何减小损耗提高效率仍然需要更多的研究。粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization-PSO)、遗传算法(Genetic Algorithm-GA)都是用途很广的进化算法(Evolutionary Algorithm-EA)。PSO算法和GA算法相似，从随机解出发，通过迭代寻找最优解。专利号为CN 104317979 A和CN 103310055 B的文献分别介绍了遗传算法和粒子群算法来优化变压器设计，但粒子群算法由于个体之间不直接进行信息共享，易陷入局部最优，而遗传算法没有考虑每一代个体的情况，易陷入局部最优，因此两种算法局限。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于，提供一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法。为了提高高频高压变压器的传输效率，使其满足高频条件的要求，本专利技术通过采用遗传粒子群优化算法，满足了其各方面的性能要求，输出效率要求达到85％以上，并保持变压器的运行状态稳定。本专利技术的目的主要通过以下技术方案来实现：一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法，具体包括：(1)根据设计任务确定变压器技术参数；(2)谐振参数分析，谐振参数的选取应满足fs<1/2fr，式中fs为开关频率，fr为谐振固有频率，Ce＝(CpCs)/(Cs+Cp)，Ls为漏感，Cp为分布电容，Cs为串联谐振电容，电源工作于电流断续模式；(3)根据功率、频率等相关参数由下式计算面积积Ap值： A p = A w A e = P t D Kk u B m J f × 10 4 ]]>式中K为波形系数，D为整周期占空比，为了使Ap值满足最大要求，取D为最大值，D＝1；Ku为窗口利用系数，取值范围为0.2-0.4，J为电流密度，经验值为150-400A/cm2；f为工作频率；Bm为最大磁通密度，取Aw为整个磁芯窗口面积；Ae为有效截面积；(4)选择磁芯材料，为德国VAC公司型号为Vitroperm 500的超微晶合金；(5)计算匝比理论值式中Up-min为一次侧输入电压的额定最小值；(6)采用遗传粒子群算法，以变压器损耗为优化目标，以匝比和占空比为优化变量，若优化结果与目标效率相符，则继续下一步，否则重新进行优化，优化函数可由下式简单表示： minP l o s s ( n , D ) n m i n ≤ n ≤ n m a x D m i n ≤ D ≤ D m a x ]]>式中Ploss(n,D)为变压器的损耗表达式；n为变压器原副边匝比；D为波形的占空比；(7)利用(6)中优化得到的变压器原副边匝比，确定原副边匝数，n2＝n×n1，n1、n2为原副边匝数；(8)主绝缘结构设计，采用油浸式变压器，其主绝缘采用变压器油作为绝缘材料，采用油屏蔽绝缘结构；由式求出变压器铁芯的窗口宽度Lw，以及变压器的体积Vc；其中L1为原边绕组与磁芯之间的绝缘距离，L2为原边绕组每层厚度，L3为变压器原边副边绝缘距离，L4为副边绕组每层厚度，n2c为副边的绕组层数，L5为变压器副边到副边的绝缘距离，Ac为变压器的几何截面积，h1表示磁芯窗口高度；(9)计算绕组线规，原边绕组的裸导线截面积Sp＝Ip/J，原边的铜箔的高度副边绕组的裸导线截面积次级导线线径其中Is为副边电流；原边电流Ip＝IS×n；dp为铜箔厚度；(10)验证磁芯窗口面积能否满足式Spn1+Ssn2≤0.2Di2要求，若满足，继续下一步，否则回到(9)重新计算；其中Di表示磁芯窗口宽度；(11)计算绕组绕组铜损，由式Pcu＝2(Pp-cu+Ps-cu)计算绕组铜损；其中kp-s、kp-x分别表示原边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数，ks-s、ks-x分别表示副边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数，ρ为电阻率，δ为集肤效应穿透深度，r0为导线半径，r0＝dp/1.772，r1＝ds/2，Δ0＝dp/δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据设计任务确定变压器技术参数；(2)谐振参数分析，谐振参数的选取应满足fs<1/2fr，式中fs为开关频率，fr为谐振固有频率，Ce＝(CpCs)/(Cs+Cp)，Ls为漏感，Cp为分布电容，Cs为串联谐振电容，电源工作于电流断续模式；(3)根据功率、频率等相关参数由下式计算面积积Ap值：Ap=AwAe=PtDKkuBmJf×104]]>式中K为波形系数，D为整周期占空比，为了使Ap值满足最大要求，取D为最大值，D＝1；Ku为窗口利用系数，取值范围为0.2‑0.4，J为电流密度，经验值为150‑400A/cm2；f为工作频率；Bm为最大磁通密度，取Aw为整个磁芯窗口面积；Ae为有效截面积；(4)选择磁芯材料，为德国VAC公司型号为Vitroperm 500的超微晶合金；(5)计算匝比理论值式中Up‑min为一次侧输入电压的额定最小值；(6)采用遗传粒子群算法，以变压器损耗为优化目标，以匝比和占空比为优化变量，若优化结果与目标效率相符，则继续下一步，否则重新进行优化，优化函数可由下式简单表示：min Ploss(n,D)nmin≤n≤nmaxDmin≤D≤Dmax]]>式中Ploss(n,D)为变压器的损耗表达式；n为变压器原副边匝比；D为波形的占空比；(7)利用(6)中优化得到的变压器原副边匝比，确定原副边匝数，n2＝n×n1，n1、n2为原副边匝数；(8)主绝缘结构设计，采用油浸式变压器，其主绝缘采用变压器油作为绝缘材料，采用油屏蔽绝缘结构；由式求出变压器铁芯的窗口宽度Lw，以及变压器的体积Vc；其中L1为原边绕组与磁芯之间的绝缘距离，L2为原边绕组每层厚度，L3为变压器原边副边绝缘距离，L4为副边绕组每层厚度，n2c为副边的绕组层数，L5为变压器副边到副边的绝缘距离，Ac为变压器的几何截面积，h1表示磁芯窗口高度；(9)计算绕组线规，原边绕组的裸导线截面积Sp＝Ip/J，原边的铜箔的高度副边绕组的裸导线截面积次级导线线径其中Is为副边电流；原边电流Ip＝IS×n；dp为铜箔厚度；(10)验证磁芯窗口面积能否满足式Spn1+Ssn2≤0.2Di2要求，若满足，继续下一步，否则回到(9)重新计算；其中Di表示磁芯窗口宽度；(11)计算绕组绕组铜损，由式Pcu＝2(Pp‑cu+Ps‑cu)计算绕组铜损；其中kp‑s、kp‑x分别表示原边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数，ks‑s、ks‑x分别表示副边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数，ρ为电阻率，δ为集肤效应穿透深度，r0为导线半径，r0＝dp/1.772，r1＝ds/2，Δ0＝dp/δ，Δ1＝ds/δ，la‑p、la‑s表示原副边绕组的平均匝长，Rac‑p、Rac‑s分别表示原副边绕组的交流电阻，Pp‑cu、Ps‑cu分别表示原副边绕组的铜耗，Pcu为绕组铜损；(12)计算磁芯损耗式中磁芯密度ρcore＝7.2g/cm3，Vc为变压器体积，k、α、β为经验系数，D1/2为半周期的占空比；(13)依据效率公式验证效率η是否大于等于80％，若满足，继续下一步，否则回到(1)重新计算，其中Po为输出功率，PΣ为总损耗，P∑＝Pcu+PFe；(14)确定变压器的分布参数以及串联谐振电容，判断其是否满足(2)中的频率要求，若满足，则继续下一步，否则回到(1)重新计算；(15)变压器温升及散热计算，温升近似为若满足，则继续下一步，否则回到(1)重新计算；其中PΣ为变压器总损耗；Kk为传热系数，St为变压器的总表面积；(16)短路阻抗计算，短路阻抗为在9％‑10.5％，则满足要求，若满足，则继续下一步，否则回到(1)重新计算；其中W初级绕组总匝数，I为初级绕组额定电流，K为附加电抗系数，可查表得，ρ为洛氏系数，et为高低压绕组每匝电压，ΣD指漏磁的等效面积，Hk为两个绕组得平均电抗高度。...

【技术特征摘要】
1.一种静电除尘用高频高压变压器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据设计任务确定变压器技术参数；(2)谐振参数分析，谐振参数的选取应满足fs<1/2fr，式中fs为开关频率，fr为谐振固有频率，Ce＝(CpCs)/(Cs+Cp)，Ls为漏感，Cp为分布电容，Cs为串联谐振电容，电源工作于电流断续模式；(3)根据功率、频率等相关参数由下式计算面积积Ap值： A p = A w A e = P t D Kk u B m J f × 10 4 ]]>式中K为波形系数，D为整周期占空比，为了使Ap值满足最大要求，取D为最大值，D＝1；Ku为窗口利用系数，取值范围为0.2-0.4，J为电流密度，经验值为150-400A/cm2；f为工作频率；Bm为最大磁通密度，取Aw为整个磁芯窗口面积；Ae为有效截面积；(4)选择磁芯材料，为德国VAC公司型号为Vitroperm 500的超微晶合金；(5)计算匝比理论值式中Up-min为一次侧输入电压的额定最小值；(6)采用遗传粒子群算法，以变压器损耗为优化目标，以匝比和占空比为优化变量，若优化结果与目标效率相符，则继续下一步，否则重新进行优化，优化函数可由下式简单表示： min P l o s s ( n , D ) n m i n ≤ n ≤ n m a x D m i n ≤ D ≤ D m a x ]]>式中Ploss(n,D)为变压器的损耗表达式；n为变压器原副边匝比；D为波形的占空比；(7)利用(6)中优化得到的变压器原副边匝比，确定原副边匝数，n2＝n×n1，n1、n2为原副边匝数；(8)主绝缘结构设计，采用油浸式变压器，其主绝缘采用变压器油作为绝缘材料，采用油屏蔽绝缘结构；由式求出变压器铁芯的窗口宽度Lw，以及变压器的体积Vc；其中L1为原边绕组与磁芯之间的绝缘距离，L2为原边绕组每层厚度，L3为变压器原边副边绝缘距离，L4为副边绕组每层厚度，n2c为副边的绕组层数，L5为变压器副边到副边的绝缘距离，Ac为变压器的几何截面积，h1表示磁芯窗口高度；(9)计算绕组线规，原边绕组的裸导线截面积Sp＝Ip/J，原边的铜箔的高度副边绕组的裸导线截面积次级导线线径其中Is为副边电流；原边电流Ip＝IS×n；dp为铜箔厚度；(10)验证磁芯窗口面积能否满足式Spn1+Ssn2≤0.2Di2要求，若满足，继续下一步，否则回到(9)重新计算；其中Di表示磁芯窗口宽度；(11)计算绕组绕组铜损，由式Pcu＝2(Pp-cu+Ps-cu)计算绕组铜损；其中kp-s、k...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆军，魏月，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32