【技术实现步骤摘要】
一种大容量中压高频变压器设计方法
[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种大容量中压高频变压器设计方法。
技术介绍
[0002]中频变压器作为功率变换装置中的关键部分之一，主要承担系统的电压变比以及电压隔离。虽然传统工频中压变压器已经有着非常成熟的设计方法，然而在中频下以高功率密度为目标的变压器设计仍然极具挑战。首先在中压下，必须选择相当厚的绝缘材料层来保证中压绕组与低压绕组和磁芯间的绝缘要求，同时绝缘材料还需要承担绕组和磁芯的热耗散。然而一般的绝缘材料热导率较低，并且在高功率密度的紧凑设计下，散热面积更小，这些都使得中频中压变压器的设计极具挑战性。而变压器的功率密度和效率将直接决定最终的变换器系统设计能否达标，完善的中频中压变压器设计优化方案在系统的整体设计中就显得至关重要。
技术实现思路
[0003]针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种大容量中压高频变压器设计方法。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供了一种大容量中压高频变压...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大容量中压高频变压器设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)变压器设计需求输入，所述变压器设计需求输入包括：变压器的原边电压Vin、容量P、工作频率f、变比n、绝缘等级V
iso
、温升限制T
max
；2)确定材料参数和迭代步长；所述材料参数包括：磁芯材料参数、绝缘材料参数和绕组材料参数；其中磁芯材料参数包括饱和磁通密度、损耗参数、密度、工作温度限制，绝缘材料参数包括介电强度、温度等级、损耗角正切值、密度，绕组材料参数包括利兹线线径、利兹线绝缘层厚度、利兹线绝缘等级、铜箔厚度；3)进行变压器几何参数和电气参数计算、损耗计算、温升计算；其中，计算的自变量为：磁芯的磁路宽度A
c
、磁芯的工作磁密B
sat
、原边绕组的匝数N
p
，原边的利兹线线径d
s1
与股数N
s1
，副边的利兹线线径d
s2
与股数N
s2
，原副边的电流密度J
p
和J
s
，磁芯数量N
c
；所述变压器几何参数包括磁芯数量N
c
、磁芯窗口宽度G
c
、磁芯窗口高度H
c
，磁芯厚度B
c
，绕组宽度W1、W2，绕组高度H
w1
、H
w2
，绕组平均匝长MLT1、MLT2，主绝缘层度D
iso
；变压器电气参数计算包含：励磁电感计算L
m
、漏感计算L
r
、主绝缘寄生电容计算C
m
；所述的损耗计算包括绕组损耗P
w
、磁芯损耗P
core
、绝缘损耗P
iso
的计算；所述温升计算包括热阻矩阵R
th
计算、热源矩阵P
th
计算，温度矩阵T计算、最热点温度T
max
计算；最终根据变压器的几何参数计算变压器整体的长、宽、高、体积和功率密度，根据变压器的容量和损耗P
w
、磁芯损耗P
core
、绝缘损耗P
iso
总和计算变压器的效率；4)计算结果判断及迭代计算判断经步骤3)得到的设计点的最热点温升是否小于温升限制、寄生参数是否满足寄生参数需求范围、变压器外形是否尺寸满足限制，若符合限制和要求，则保留设计点并返回步骤3)继续下一次迭代计算；不满足则舍弃设计点直接返回步骤3)继续下一次迭代计算；直至迭代达到设定步长；5)计算结果的帕累托平面绘制将迭代计算满足要求的设计点绘制成散点图，横坐标为功率密度，纵坐标为效率，散点的颜色表示设计的最大温升；采用多目标优化算法获取优选设计；6)优选结果进行温升、电场、磁场有限元仿真验证；7)校验仿真验证结果的几何参数、损耗、温升是否满足设计要求，满足则输出设计结果，不满足则返回5)重新优选。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于所述的大容量指功率等级在千瓦以上，中压指变压器的隔离电压在千伏以上，高频指变压器的工作频率在500Hz以上。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于在步骤2)中，还包括对材料参数进行计算寻优的步骤，所述计算寻优的步骤具体为：根据输入需求中的容量、工作频率、原边电压Vin值确定磁芯材料；根据电流有效值、频率分布、原边电压确定绕组材料和绕组规格，电流有效值可以根据变压器容量P和原边电压V
in
做商获得，频率分布可对电流做快速傅里叶变换获得。4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述主绝缘层厚度D
iso...
【专利技术属性】
技术研发人员：李武华，李楚杉，卢睿，盛景，向鑫，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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