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基于磁导-电容类比法和Energetic模型的高频变压器铁芯动态磁滞建模方法
1
作者 陈彬 陈一博 +2 位作者 万妮娜 黄力 唐波 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第16期6591-6602,I0037,共13页
高频变压器是能量路由器、光伏逆变器等功率变换装置的关键设备,运行中存在复杂的电磁暂态工况。为了构建精确的高频变压器电磁暂态模型,需要准确模拟铁芯动态磁滞特性。该文首先在电力电子仿真软件PLECS中将磁导-电容类比法与Energeti... 高频变压器是能量路由器、光伏逆变器等功率变换装置的关键设备,运行中存在复杂的电磁暂态工况。为了构建精确的高频变压器电磁暂态模型,需要准确模拟铁芯动态磁滞特性。该文首先在电力电子仿真软件PLECS中将磁导-电容类比法与Energetic磁滞模型相结合,构建表征静态磁滞效应的铁芯静态磁滞磁导模型;其次,在静态磁滞磁导模型基础上,依据损耗统计理论,引入磁阻和受控磁动势源用以表征铁芯涡流损耗和剩余损耗的动态损耗分量,构建铁芯动态磁滞磁导模型;然后,基于不同工况下实验测量数据,结合损耗统计理论与场分离技术获得各频率下静态磁滞回线,推导静态模型参数随频率变化规律,得到考虑静态参数频率效应的动态磁滞磁导模型特征参数;最后,将所建铁芯模型在不同频率、磁密的正弦波与不同占空比方波激励下的仿真结果与实验测量结果进行对比分析,验证铁芯模型的有效性。 展开更多
关键词 高频变压器 损耗统计理论 Energetic模型 磁导-电容类比法 频率效应
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利兹线绕组高频变压器漏感双二维镜像法计算模型
2
作者 赵志刚 王凯 +2 位作者 陈天缘 苏楠 巩业超 《电工技术学报》 北大核心 2025年第18期5715-5727,共13页
高频变压器漏感是影响电力电子变压器运行可靠性和功率传输特性的一个至关重要的参数。利兹线绕组复杂的绞合结构使得变压器漏感精确计算面临挑战。由于高频变压器优化设计过程中对漏感计算速度和准确性要求较高,传统有限元法需要对利... 高频变压器漏感是影响电力电子变压器运行可靠性和功率传输特性的一个至关重要的参数。利兹线绕组复杂的绞合结构使得变压器漏感精确计算面临挑战。由于高频变压器优化设计过程中对漏感计算速度和准确性要求较高,传统有限元法需要对利兹线绕组进行精细化建模,对计算机硬件成本要求高,计算耗时长,因此目前常采用解析计算法。基于一维磁场假设的解析计算法虽然能快速计算变压器漏感,但忽略了绕组端部效应和内、外磁心窗口磁场强度分布差异的影响,导致计算误差较大。为此该文建立一种基于镜像原理的双二维利兹线绕组高频变压器漏感解析计算模型,在考虑内、外磁心窗口磁场强度分布差异的同时,兼顾绕组的端部效应和频变特性。最后,绕制了三台不同型号的样机,并进行实验验证与对比分析。实验结果表明,所建立的模型能够实现圆形和矩形利兹线绕组高频变压器漏感的精确、高效计算。 展开更多
关键词 高频变压器 利兹线 漏感 双二维模型 镜像法 频变特性
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基于LS-SVM与NSGA-Ⅱ的高频变压器优化设计方法
3
作者 刘任 李常建 唐波 《高电压技术》 北大核心 2025年第10期5166-5174,共9页
准确进行高频变压器(high frequency transformer, HFT)优化设计对其自身和所属系统的综合性能提升意义重大。然而,现有HFT优化设计方法通常利用简化解析公式计算磁心与绕组损耗、热点温度等电磁热参数,虽然这些解析公式的计算速度较快... 准确进行高频变压器(high frequency transformer, HFT)优化设计对其自身和所属系统的综合性能提升意义重大。然而,现有HFT优化设计方法通常利用简化解析公式计算磁心与绕组损耗、热点温度等电磁热参数,虽然这些解析公式的计算速度较快,但其精度较低,继而导致其所得优化设计结果的准确性与可靠性不高。为兼顾HFT优化设计的精度与速度,该文首次引入基于最小二乘支持向量机(least squares support vector machines, LS-SVM)的HFT电磁热参数代理模型,并基于非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)提出一种新的HFT优化设计方法。为验证所提LS-SVM代理模型的优越性,将其与循环神经网络和深度神经网络代理模型对比,结果表明LS-SVM精度更高。最后,基于所提方法对1台5 kHz/10 kW的HFT进行多目标优化设计,并用有限元结果对最优设计方案进行验证,结果表明:所提HFT磁心损耗、绕组损耗与热点温度代理模型的计算误差小于传统解析模型,分别仅为2.77%、3.03%、0.92%,从而验证了所提优化设计方法的准确性与可靠性。 展开更多
关键词 高频变压器 高频损耗 热点温度 最小二乘支持向量机 多目标优化设计
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基于能量模型与电磁场数值法的高频激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型 被引量：1
4
作者 姬俊安 赵志刚 +2 位作者 张时 陈天缘 贾慧杰 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第5期2027-2038,I0035,共13页
准确预测纳米晶材料的磁滞特性,对高频变压器磁芯的电-磁-热特性分析具有重要意义。然而,受制于高成本、不准确的静态磁滞特性表征方法,现有基于静态磁滞模型与电磁场数值法的软磁材料磁滞特性预测模型难以兼顾实用性与有效性。该文首... 准确预测纳米晶材料的磁滞特性,对高频变压器磁芯的电-磁-热特性分析具有重要意义。然而,受制于高成本、不准确的静态磁滞特性表征方法,现有基于静态磁滞模型与电磁场数值法的软磁材料磁滞特性预测模型难以兼顾实用性与有效性。该文首先基于能量模型建模理论与软磁材料磁化机理,推导并建立能量模型参数与磁通密度之间的函数解析关系,实现不同磁化强度下软磁材料静态磁滞特性高效、准确地模拟;其次,将能量模型与Maxwell方程进行耦合,考虑高频方波电压激励下材料静态磁滞特性对带材内部涡流分布的影响,进而求解带材内部的磁通密度分布;最后,依据损耗统计理论,建立高频方波电压激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型,并通过实验验证该文所建预测模型的有效性。 展开更多
关键词 纳米晶 涡流 能量模型 数值方法
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纳米晶高频变压器漏磁通磁芯涡流损耗分析 被引量：1
5
作者 刘学 赵鲁 +2 位作者 马呈瑶 范恩泽 葛琼璇 《电气传动》 2025年第3期27-34,共8页
高频变压器是串联谐振型DC/DC变换器中至关重要的组成部分,其稳定运行对于电源系统的可靠性、效率和功率密度都具有决定性的影响。纳米晶磁芯因其高饱和磁通、高磁导率、低矫顽力以及高频损耗低等优点而被广泛应用。为了提高DC/DC变换... 高频变压器是串联谐振型DC/DC变换器中至关重要的组成部分,其稳定运行对于电源系统的可靠性、效率和功率密度都具有决定性的影响。纳米晶磁芯因其高饱和磁通、高磁导率、低矫顽力以及高频损耗低等优点而被广泛应用。为了提高DC/DC变换器的功率密度,高频变压器漏感被普遍用作谐振电感,以实现开关器件的软开关特性。然而,纳米晶合金具有较高的电导率,当高频漏磁通垂直穿过其表面带材时,将会感应出较强的涡流,从而引起潜在的热问题,这将对变压器及系统的稳定安全运行造成一定的影响。提出一种改进的高频变压器有限元仿真方法,通过建立独立的磁芯边缘纳米晶带材的三维模型,在漏感较大时,用于确定高频漏磁通感应时附加涡流损耗的分布特性,并用温升实验验证了其正确性。 展开更多
关键词 纳米晶磁芯 高频变压器 漏感 涡流损耗
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基于磁场能量法的圆形利兹线绕组高频变压器漏电感解析计算模型
6
作者 胡安龙 李敏 +4 位作者 魏勇 尚志鹏 刘任 王爽 唐波 《智慧电力》 北大核心 2025年第1期24-30,53,共8页
圆形利兹线因高频损耗低且易于缠绕而广泛应用于高频变压器绕组中,准确快速计算此类高频变压器的漏电感对其性能提升、优化设计等具有重要意义。现有研究通常采用有限元等数值算法或Dowell模型计算该类高频变压器的漏电感,存在计算量大... 圆形利兹线因高频损耗低且易于缠绕而广泛应用于高频变压器绕组中,准确快速计算此类高频变压器的漏电感对其性能提升、优化设计等具有重要意义。现有研究通常采用有限元等数值算法或Dowell模型计算该类高频变压器的漏电感,存在计算量大、精度低等问题。基于极坐标与坡应廷定理推导了考虑高频集肤与邻近效应的圆形利兹线初、次级绕组漏磁场能量的解析表达式,进而在磁场能量法的架构内,推导并得到了一种新的圆形利兹线绕组高频变压器漏电感解析计算模型。基于该解析模型和传统Dowell模型分别计算了2种圆形利兹线绕组高频变压器样机的宽频漏电感,并将其与相应实测结果进行对比,验证了所提解析计算模型的准确性。 展开更多
关键词 高频变压器 圆形利兹线 漏电感 解析计算
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高频利兹线变压器漏感快速计算方法
7
作者 陈天缘 赵志刚 +1 位作者 郑宇萱 王凯 《电工技术学报》 北大核心 2025年第8期2353-2364,共12页
高频变压器的漏感作为电力电子变换器中的重要参数,对改善隔离型DC-DC变换器的运行模式和功率传输特性具有重要的意义。与圆导线相比,利兹线能够有效地减少高频磁性元件中的涡流损耗。然而,利兹线绕组的复杂结构给高频变压器漏感预测带... 高频变压器的漏感作为电力电子变换器中的重要参数,对改善隔离型DC-DC变换器的运行模式和功率传输特性具有重要的意义。与圆导线相比,利兹线能够有效地减少高频磁性元件中的涡流损耗。然而,利兹线绕组的复杂结构给高频变压器漏感预测带来了严峻的挑战。一方面,磁心窗口各区域的磁场能量难以准确提取;另一方面,利兹线的多股和扭转结构难以准确表征。因此,该文基于镜像原理和网格化处理,精确提取磁心窗口不同区域的磁场能量。通过引入相对复数磁导率实现了多股利兹线的均匀化建模,揭示了宽频范围内磁场能量的衰减规律,提出坐标变换方法对利兹线的扭转结构进行表征,建立了计及利兹线扭转特征和频变特性的高频变压器漏感预测模型。最后,针对两种不同利兹线绕组的变压器模型,从计算精度和效率两方面进行了详细的实验研究和对比分析。结果表明,所提计算方法的最大偏差不超过4%,计算时间约为20 s,验证了该方法的准确性和高效性。 展开更多
关键词 高频变压器 漏感 镜像法 利兹线绕组 频变特性
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圆形利兹线高频变压器双二维漏感解析计算模型 被引量：1
8
作者 张鹏宁 李朋阳 +3 位作者 刘泽 张荐 曹清山 李磊 《高电压技术》 北大核心 2025年第1期75-87,共13页
圆形利兹线高频变压器的漏感大小影响着电力电子器件的性能与寿命,需要对其进行精确计算和控制,然而高频变压器本体是三维结构,传统基于一维假设的漏感解析计算模型的精度得不到保障,因此该文基于镜像法原理,对高频变压器的漏磁场分布... 圆形利兹线高频变压器的漏感大小影响着电力电子器件的性能与寿命,需要对其进行精确计算和控制,然而高频变压器本体是三维结构,传统基于一维假设的漏感解析计算模型的精度得不到保障,因此该文基于镜像法原理,对高频变压器的漏磁场分布进行双二维简化等效,综合考虑高频涡流效应对圆形利兹线内漏磁能量的影响,建立了高频变压器双二维漏感解析计算模型,并利用所提出模型分析了磁芯开气隙和绕组交叉换位情况下高频变压器的漏感变化特性。同时将双二维漏感解析计算模型应用到高频变压器的优化设计流程中,设计并制作了两台变比分别为200 V/200 V、300 V/600 V的高频变压器样机,通过实验对其漏感进行了测量,且实验测量值与解析模型计算值的全局平均偏差均小于2%,验证了该文模型的准确性。最后,通过对该文模型的适用性进行对比分析得出,模型的计算精度和时间成本均会随着镜像层数和网格划分数的增加而增加,为该文模型在圆形利兹线高频变压器优化设计中的应用提供了理论参考。 展开更多
关键词 圆形利兹线高频变压器 漏电感 镜像法 高频涡流效应 气隙
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基于改进热分析和变换器协同设计的大功率高频变压器高速全局优化方法
9
作者 易哲嫄 孙凯 刘增杨 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第1期228-238,I0019,共12页
大功率高频变压器是电力电子变压器中的核心部件,其优化设计的全局最优性和计算速度都是关键问题。文中提出基于改进热分析和变换器协同设计的大功率高频变压器高速全局优化方法。针对优化中耗时占比很高的热分析,提出基于换热-热传导... 大功率高频变压器是电力电子变压器中的核心部件,其优化设计的全局最优性和计算速度都是关键问题。文中提出基于改进热分析和变换器协同设计的大功率高频变压器高速全局优化方法。针对优化中耗时占比很高的热分析,提出基于换热-热传导两步仿真的改进热分析方法,保证热分析精度的同时,提升热分析计算速度。仿真结果表明,提出的热分析方法与传统方法准确度相似,而计算速度大幅提升。此外,优化过程中,将变换器电路参数与变压器参数共同考虑,引入更多优化变量,从而形成全局优化模型,提升设计方案的优异性;并采用改进热分析方法和遗传算法以提升计算速度,保证了全局优化模型的可计算性。综合以上措施,最终形成系统的大功率高频变压器高速全局优化设计方法。通过一个具体的案例设计和实验结果验证提出的优化方法的有效性。 展开更多
关键词 大功率高频变压器 高速全局优化 热分析 变换器协同设计 遗传算法
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基于LTCC工艺的高耦合平面变压器仿真设计
10
作者 黎楚明 李元勋 李馥余 《电子元件与材料》 北大核心 2025年第3期265-271,共7页
采用低温共烧多层陶瓷(LTCC)技术,开发了一种兼具小型化、高耦合的平面变压器。针对现有LTCC平面变压器耦合效率较低的问题,本文提出了一种创新设计,即在同一平面上布置原边和副边线圈,并在线圈上添加非磁性介质层,以提高变压器的耦合系... 采用低温共烧多层陶瓷(LTCC)技术,开发了一种兼具小型化、高耦合的平面变压器。针对现有LTCC平面变压器耦合效率较低的问题,本文提出了一种创新设计,即在同一平面上布置原边和副边线圈,并在线圈上添加非磁性介质层,以提高变压器的耦合系数,此外通过改变结构参数,仿真了不同结构参数对耦合系数的影响。仿真结果显示,采用本文提出的新结构的LTCC平面变压器的耦合系数显著优于传统结构,仿真数值达到0.9以上。这一结构为未来开发高耦合效率的LTCC平面变压器提供了参考。 展开更多
关键词 LTCC工艺 平面变压器 耦合效率 仿真
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超大功率电气设备测试环境温控系统设计与优化 被引量：1
11
作者 黄磊 《日用电器》 2025年第5期101-108,共8页
随着高功率电气设备在工业、科研和高端制造领域的广泛应用,超大功率恒温环境箱(以下简称测试样品)已成为测试电气设备性能、验证设备耐温能力及其长期可靠性的重要工具。然而,超大功率设备在运行过程中产生的巨大热量给测试环境的温度... 随着高功率电气设备在工业、科研和高端制造领域的广泛应用,超大功率恒温环境箱(以下简称测试样品)已成为测试电气设备性能、验证设备耐温能力及其长期可靠性的重要工具。然而,超大功率设备在运行过程中产生的巨大热量给测试环境的温度控制带来了极大挑战。本文针对40 kW测试样品的实际测试需求,提出了一种基于动态热交换与智能闭环温控系统的设计方案。该方案通过优化热交换系统设计、实现环境闭环控制,并探讨AI智能算法的应用前景,为超大功率电气设备的环境测试提供了可靠的技术支持和解决方案。 展开更多
关键词 超大功率电气设备 测试环境 温控系统 热交换 PID控制 AI智能算法
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一种新型高频隔离LCL型谐振双变压器AC/DC变换器
12
作者 周圣植 龚勇镇 +1 位作者 汤家华 曾倩瑜 《太阳能》 2025年第2期105-114,共10页
为提高可再生能源发电系统的并网性能,提出了1种新型的高频隔离LCL型谐振双变压器AC/DC变换器结构,并对其进行了详细分析。这种改进结构通过减少元器件数量,实现了更高的功率因数和传输效率。该拓扑结构将原边的双谐振槽结构移至副边进... 为提高可再生能源发电系统的并网性能,提出了1种新型的高频隔离LCL型谐振双变压器AC/DC变换器结构,并对其进行了详细分析。这种改进结构通过减少元器件数量,实现了更高的功率因数和传输效率。该拓扑结构将原边的双谐振槽结构移至副边进行整合,并通过移相控制输出功率,因此,该变换器可以采用一种简单且稳定的方式进行控制,实现全范围软开关操作。并基于稳态分析,提出了一套全新的参数设计方案,进行了样机实验。实验结果证明了所提出的变换器改进的可行性、高效性和实用性。 展开更多
关键词 AC/DC变换器 LCL谐振变换器 双变压器 功率矫正技术 软开关技术
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基于自由参数扫描法的非晶合金高频变压器设计与验证
13
作者 陈诚 方祺凯 +2 位作者 叶志浩 汪奉川 吴楠 《海军工程大学学报》 北大核心 2025年第5期35-43,共9页
为实现系统高功率密度、高效率与高可靠性,在高频变压器的设计过程中,需综合考量绕组与铁心损耗、效率、漏磁及温升等性能指标。为此,首先研究了双向全桥DC-DC变换器中的高频变压器优化设计,重点分析了非正弦激励下的绕组与铁心损耗、... 为实现系统高功率密度、高效率与高可靠性,在高频变压器的设计过程中,需综合考量绕组与铁心损耗、效率、漏磁及温升等性能指标。为此,首先研究了双向全桥DC-DC变换器中的高频变压器优化设计,重点分析了非正弦激励下的绕组与铁心损耗、漏感及温升的理论计算方法;其次,通过理论推导,建立了适用于圆形多股利兹线绕组的Dowell模型和IGSE公式,实现了非正弦激励下损耗的准确计算;再次,采用磁场分区思想,精确计算了高频变压器漏感,并建立了6节点热网络模型,结合COMSOL仿真验证了模型的准确性;最后,利用自由参数扫描法,综合考虑损耗、漏感和温升等因素,设计了一台5 kHz、6 kW的非晶铁心高频变压器,并通过实验验证了该设计方法的准确性与可靠性。 展开更多
关键词 高频变压器 漏感 损耗 温升
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考虑高频谐波分量的纳米晶磁滞特性建模研究
14
作者 高树国 王丽丽 +3 位作者 邢超 田源 刘浩宇 孙路 《电力系统及其自动化学报》 北大核心 2025年第8期60-68,共9页
针对经典动态磁滞模型未考虑涡流趋肤效应的问题,提出基于Maxwell方程组的高频激励下软磁材料动态磁滞解析模型。首先,基于Maxwell方程组推导考虑涡流趋肤效应影响的高频激励下材料磁通密度与磁场强度之间的滞后关系,进而提出考虑趋肤... 针对经典动态磁滞模型未考虑涡流趋肤效应的问题,提出基于Maxwell方程组的高频激励下软磁材料动态磁滞解析模型。首先,基于Maxwell方程组推导考虑涡流趋肤效应影响的高频激励下材料磁通密度与磁场强度之间的滞后关系,进而提出考虑趋肤效应影响的改进涡流磁场强度预测方法。其次,从材料磁化机制的角度分析磁化频率对材料静态磁滞特性和异常效应的影响,分别提出高频激励下静态磁滞和异常磁场强度建模方法。最后,基于磁场分离理论建立高频激励下纳米晶材料动态磁滞特性预测模型。通过实测结果与仿真结果的对比,验证了所建立模型的有效性。 展开更多
关键词 纳米晶 趋肤效应 方波 动态磁滞模型
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非正弦激励下高频变压器铁心动态磁滞特性模拟方法 被引量：6
15
作者 陈彬 蔡文杰 +3 位作者 冯昱璋 唐波 王帅兵 黄力 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期5420-5430,I0034,共12页
高频变压器是DC/DC变换器的核心部件,其激励波形一般为非正弦波,工作频率可达数千赫兹以上,导致铁心损耗显著增加,准确模拟非正弦激励下高频变压器铁心动态磁滞特性,有助于铁心损耗计算以及变压器的电磁暂态分析。首先,该文考虑铁心磁... 高频变压器是DC/DC变换器的核心部件,其激励波形一般为非正弦波,工作频率可达数千赫兹以上,导致铁心损耗显著增加,准确模拟非正弦激励下高频变压器铁心动态磁滞特性,有助于铁心损耗计算以及变压器的电磁暂态分析。首先,该文考虑铁心磁化物理过程,利用系统级电力电子仿真软件PLECS中底层模块和语言编写程序,建立基于静态J-A磁滞模型和磁导-电容类比法的铁心静态磁滞磁导模型;然后,考虑高频条件下涡流效应与弛豫效应对铁心动态磁滞特性的影响,根据损耗统计理论建立铁心动态磁滞磁导模型;最后,基于模拟退火与Levinberg-Marquardt混合算法提取静态J-A磁滞模型参数,根据铁心损耗特性曲线采用最小二乘法提取动态损耗系数。对比分析不同占空比、高频方波电压激励下电流波形以及磁滞回线的仿真结果与实验测量结果,验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 J-A磁滞模型 铁心损耗 磁导-电容类比 非正弦激励 磁滞特性
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高压变频器功率模块旁路技术的应用
16
作者 谢育京 蒋飞 付金强 《水泥》 2025年第11期50-52,共3页
作为水泥工业核心动力装备的驱动控制装置,高压变频器的可靠性直接关系到生产的连续性与经济性。针对高压变频器功率模块故障引发的非计划停机问题,本文提出基于晶闸管的功率模块旁路技术解决方案。通过构建包含智能诊断算法、电子旁路... 作为水泥工业核心动力装备的驱动控制装置,高压变频器的可靠性直接关系到生产的连续性与经济性。针对高压变频器功率模块故障引发的非计划停机问题,本文提出基于晶闸管的功率模块旁路技术解决方案。通过构建包含智能诊断算法、电子旁路半桥及动态重构控制策略的复合技术体系,实现了故障模块的毫秒级隔离与系统无扰切换。实证研究表明,在水泥工业场景应用后,系统故障发生率趋近于零,运维模式成功转型为预防性维护机制。本技术显著提升了高压变频器在高负载工况下的鲁棒性,为流程工业关键设备的可靠性优化提供了创新性技术范式,具备显著的工程应用价值与行业推广前景。 展开更多
关键词 功率模块 旁路技术 高压变频器 可靠性
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高频变压器散热性能的优化分析
17
作者 张建成 《机械工程与自动化》 2025年第3期96-98,共3页
为了解决高频变压器工作时散热能力差、故障率高的问题,以某型10 kV变压器为研究对象,利用ANSYS仿真分析方法建立了温度场仿真分析模型,对变压器工作时的温度变化情况和气体流场情况进行了研究,并针对性地提出了结构优化方案。实际应用... 为了解决高频变压器工作时散热能力差、故障率高的问题,以某型10 kV变压器为研究对象,利用ANSYS仿真分析方法建立了温度场仿真分析模型,对变压器工作时的温度变化情况和气体流场情况进行了研究,并针对性地提出了结构优化方案。实际应用表明:通过在变压器高低压绕组之间设置散热板能够优化变压器的散热性能,提高工作可靠性。 展开更多
关键词 高频变压器 仿真分析 温度分布 散热性能
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高频变压器电磁场-结构力场-声场求解及特性分析 被引量：4
18
作者 陈彬 沈辰轩 +2 位作者 刘洋 靳艳娇 万妮娜 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4459-4474,共16页
大容量高频变压器结构紧凑,工作频率为数百Hz到几十kHz,工作波形为方波等非正弦的特殊激励波形。高频变压器电磁、结构、声等多场耦合紧密,运行时出现严重的振动与噪声问题,对高频变压器振动与噪声特性进行精细分析对于其减振降噪具有... 大容量高频变压器结构紧凑,工作频率为数百Hz到几十kHz,工作波形为方波等非正弦的特殊激励波形。高频变压器电磁、结构、声等多场耦合紧密,运行时出现严重的振动与噪声问题,对高频变压器振动与噪声特性进行精细分析对于其减振降噪具有重要意义。为此,该文首先建立高频变压器电磁场-结构力场-声场3维仿真求解模型,明确各物理场的载荷传递过程以及电磁和力学性能参数;然后,采用有限元法得到不同电压激励下变压器铁芯表面时域振动波形与噪声频域特性,并定量评估了纳米晶切割铁芯对受力特性的影响程度;最后,对1台5 kHz/10 kVA高频变压器的振动和噪声进行试验测试,得到正弦和方波电压激励下铁芯振动和噪声数据。由仿真与试验结果可知,高频变压器铁芯拐角处振动较为剧烈且周围产生的噪声也较大;相比于正弦波激励,非正弦波激励下的振动不仅集中发生在2倍频,还存在许多高次谐波分量,同时各个频率段声压级明显增加;不同波形激励下测量点声压级相对误差均在10%以内,验证了仿真模型的准确性。 展开更多
关键词 电磁-结构-声场分析 振动噪声 高频变压器 电磁振动 频域特性 振动加速度
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基于智能优化算法的高频变压器电磁结构优化设计 被引量：7
19
作者 赵志刚 白若南 +2 位作者 陈天缘 贾慧杰 刘朝阳 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第18期5610-5625,共16页
高频变压器(HFT)作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件,其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题... 高频变压器(HFT)作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件,其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题,本文提出计及高频效应和结构效应的电磁场建模方法,构建了高频变压器多目标协同优化设计方案。首先建立了低成本与高效率兼备的磁心损耗计算模型。其次,根据面积等效原理推导了考虑绕组结构效应的近似Dowell模型,实现绕组损耗的高精度计算。然后提出了考虑绕组端部效应和频率影响的漏感计算模型,减小漏感对于结构和频率的依赖性。在此基础上,采用一种新型多重绝缘结构,提高绕组间的绝缘耐压水平。最后,基于改进的非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ)和自由参数扫描法建立了高频变压器的优化设计流程,根据筛选的最优设计方案研制了一台高频变压器样机。 展开更多
关键词 高频变压器 自由参数扫描法 改进的非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ) 优化设计 结构效应
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基于镜像法的高频圆导线变压器漏感计算模型 被引量：6
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作者 赵志刚 郑宇萱 +2 位作者 陈天缘 刘朝阳 葛雅婕 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期6697-6706,I0034,共11页
高频变压器漏感是影响固态变压器功率传输特性及运行可靠性的一个重要参数,在设计阶段需要对其进行快速、精确的预测。由于数值法计算成本高昂,难以满足变压器设计阶段快速预测漏感的要求,目前常采用解析法计算漏感参数。基于一维磁场... 高频变压器漏感是影响固态变压器功率传输特性及运行可靠性的一个重要参数,在设计阶段需要对其进行快速、精确的预测。由于数值法计算成本高昂,难以满足变压器设计阶段快速预测漏感的要求,目前常采用解析法计算漏感参数。基于一维磁场假设的计算模型忽略了绕组端部效应的影响,无法准确估计漏感。多数二维计算模型虽然考虑了横向漏磁通的影响,但泊松方程的求解及电流密度的级数表征导致其计算过程过于繁琐。因此,该文基于镜像原理准确提取磁芯窗口区域的漏磁场,推导该区域直流漏磁能量的解析表达式,并引入计及绕组集肤效应和邻近效应的频率相关因子,揭示宽频区间内漏感的衰减规律,建立能够同时考虑频变特性和绕组端部效应的漏感解析计算模型。最后,搭建漏感测量平台,针对具有不同孔隙率的变压器样机开展详细的实验研究。结果表明:所建模型的最大相对误差不超过5%,验证了该模型的准确性和有效性。 展开更多
关键词 圆导线变压器 漏感 镜像原理 端部效应 频变特性
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