電力電子變壓器通過電力電子控制技術(shù)提升變壓器的運(yùn)行頻率，使得變壓器的體積與重量大幅降低。在離岸風(fēng)電、電力機(jī)車等對(duì)于功率電感變壓器體積重量有較高限制的應(yīng)用領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)，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(yīng)，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(shí)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(huì)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(duì)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(jì)算繞組與鐵芯損耗時(shí)，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(huì)影響電力電子器件的換流狀態(tài)。當(dāng)采用移相控制方式時(shí)，變壓器漏感需達(dá)到一定值才可滿足電力電子器件的軟開關(guān)條件。當(dāng)采用諧振控制方式時(shí)，變壓器漏感需與諧振電容以及頻率相匹配，才可使電路達(dá)到理想的諧振換流狀態(tài)。因此在設(shè)計(jì)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(duì)大功率中頻變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮以上有別于傳統(tǒng)工頻變壓器的各類因素。《大功率中頻變壓器多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)》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(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，利用自由參數(shù)掃描法對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。按照優(yōu)方案制造了樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。

　　重點(diǎn)內(nèi)容

　　1.分析了采用Dowell解析模型計(jì)算不同形式的繞組高頻損耗的方法;對(duì)比了幾種基于原始Steinmetz公式的非正弦激勵(lì)下的鐵芯高頻損耗計(jì)算方法;分析了大功率中頻變壓器漏感參數(shù)計(jì)算及其校正方法。

　　2. 制定了大功率中頻變壓器設(shè)計(jì)流程。以面向高速列車輕量化應(yīng)用的電力電子牽引變壓器300 kW功率單元中的一臺(tái)中頻變壓器為實(shí)例，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　3. 利用自由參數(shù)掃描法對(duì)300 kW大功率中頻變壓器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，選擇了優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并制造了樣機(jī)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。