【技术实现步骤摘要】
一种高频大功率三相变压器设计方法
本专利技术属于高频变压器设计领域，具体涉及一种高频大功率三相变压器设计方法。
技术介绍
固态变压器的直流变换级通常分为非隔离型和隔离型。尽管基于全电力电子器件的非隔离型DC/DC变换器实现了大功率直流的双向流动，但无法实现电气隔离。为解决上述问题，含磁耦合高频变压器的隔离型DC/DC变换器得到了广泛关注。目前，适用于大功率传输且满足功率双向自由流动的单相或三相隔离型双有源全桥(DualActiveBridge,DAB)DC/DC变换器已经被应用于固态变压器的直流变换级，采用单相或三相高频变压器实现电气隔离，增加系统可靠性。相比于单相DC/DC变换器拓扑结构，三相DC/DC变换器更具优势。其不仅可以大幅减少高频变压器、开关器件、通信系统和辅助电源等元件的数量，降低固态变压器的体积、重量和成本，还可以减少用于滤除直流电流纹波的电容值，降低环流功率，提高固态变压器的效率和功率密度。针对高压大功率三相DC/DC变压器的相关研究既有重要的科学意义和应用价值，又具有良好的成果应用前景。近年来国内...
【技术保护点】
1.一种高频大功率三相变压器设计方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：推导出绕组电流i
【技术特征摘要】
1.一种高频大功率三相变压器设计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：推导出绕组电流iLA的有效值表达式ILA(rms)；采用基波分析方法，推导出绕组电流iLA各阶次谐波电流分量幅值的表达式；
步骤二：推导出六阶梯电压激励下，铁芯高频损耗Pc、扁铜线的原、副边绕组高频损耗表达式Pwp、Pws；
步骤三：推导出采用扁铜线的高频变压器的漏电感Lσ(pri)表达式；
步骤四：确定高频三相变压器系统参数；
步骤五：建立以效率η和功率密度Ps为优化目标，以最大允许温升、绝缘水平、漏电感参数为约束条件，以扫描参数为自变量的多目标优化数学模型，通过自由参数扫描法实现变压器设计。
2.根据权利要求1所述一种高频大功率三相变压器设计方法，其特征在于：所述步骤一中，根据高频三相变压器的绕组电流iLA为分段线性波形，推导出绕组电流iLA的有效值表达式ILA(rms)为：
式中：Ts为周期；Lσ(pri)为归算至原边侧的漏电感；Vin、Vout分别为变换器两端电压；为逆变和整流侧三桥臂变换器的门控信号之间的移相角。
绕组电流iLA各阶次谐波电流分量幅值的表达式为：
式中：为Vin侧全桥逆变输出电压的第n次谐波幅值；为Vout侧全桥逆变输出电压折合到Vin侧后的第n次谐波幅值；Lσ(pri)为归算至原边侧的漏电感。
第n次谐波电压的幅值为：
式中，ω为角频率，ω＝2πfs。
3.根据权利要求1所述一种高频大功率三相变压器设计方法，其特征在于：所述步骤二中，铁芯高频损耗Pc为：
式中，Bmax和Bmin分别为磁通密度波形曲线的最大值和最小值；Ts为周期；(Bi,ti)为分段线性磁通密度波形的第i个折点；Cm、α、β为损耗系数；ki的表达式如下：
扁铜线的原、副边绕组高频损耗表达式Pwp、Pws为：
式中，分别为原边绕组和副边绕组第n次电流谐波下的交流电阻系数；RwpDC、RwsDC分别为原边绕组和副边绕组的直流电阻，计算式如下：
式中，σw为绕组导体的电导率；Nl1和Nl2分别为原副边绕组每层匝数；m1和m2分别为原副边绕组层数；MTL1和MTL2分别为原副边绕组平均匝长；df1和df2为原副边扁铜线厚度；hf1和hf2为原副边扁铜线宽度。
原副边绕组在第n次电流谐波下的交流电阻系数计算式分别为：
式中，m1和m2分别为原副边绕组层数；μ0为绕组材料的磁导率；Rwpn和Rwsn分别为原副边绕组在第n次谐波频率nfs下的交流电阻；RwpDC和RwsDC分别为原副边绕组的直流电阻；△1和△2分别为原副边绕组在基频分量下扁铜线绕组对集肤深度的归一化厚度，表达式如下：
式中，df1和df2为原副边扁铜线厚度；hf1和hf2为原副边扁铜线宽度；Nl1和Nl2分别为原副边绕组每层匝数；hw1和hw2分别为原副边绕组的高度；σw为铜电导率；μ0为真空中磁导率，μ0＝4π×10-7H/m；fs为正弦交变电流的频率。
4.根据权利要求1所述一种高频大功率三相变压器设计方法，其特征在于：所述步骤三中，采用扁铜线的高频变压器的漏电感Lσ(pri)表达式为：
式中，MTL为绕组平均匝长；γ为复传播常数，γ＝(1+j)/δw，δw为集肤深度；dins1和dins2为原副边绕组层间绝缘厚度；diso为原副边绕组隔离距离；df1和df2为原副边扁铜线厚度；Nl1为原边侧绕组每层...
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