[发明专利]基于解析计算模型的利兹线变压器漏电感计算方法

说明书

本发明涉及基于解析计算模型的利兹线变压器漏电感计算方法，包括：根据漏磁场分布规律，将圆形利兹线变压器分为原边绕组区、副边绕组区、原边绕组层间、副边绕组层间和原副边绕组间绝缘区；分别推导得到原边绕组层间、副边绕组层间以及原副边绕组间绝缘区的漏磁场能量；考虑集肤效应与邻近效应，引入极坐标系，推导得到原边绕组区、副边圆形利兹线绕组区的漏磁场能量；将变压器各个区域的漏磁场能量叠加，并推导得到圆形利兹线变压器漏电感的解析计算模型；利用解析计算模型，计算得到圆形利兹线变压器的漏电感。本发明提供了一种变压器漏电感解析计算模型，具有较高的实用性，能实现圆形利兹线高频变压器漏电感的准确快速计算。

技术领域

本发明属于变压器特性分析领域，具体涉及一种基于解析计算模型的利兹线变压器漏电感计算方法。

背景技术

目前高频变压器已成为AC-AC、DC-DC变换器等电力电子装备的核心元件，起着高低压两侧的电气隔离、电压变换与功率传输等关键性作用，它的电压等级、容量、体积、重量和效率直接关系到所属电力电子装备采用哪种拓扑结构和控制策略，以及整个设备的体积和重量。由于在高频激励之下，选用箔式、实心圆导线等绕组结构会存在因集肤与邻近效应较为强烈而产生较高的绕组损耗，继而导致高频变压器温升较高、热失效、能量传输效率较低等严重问题，所以使用集肤与邻近效应较小的利兹线已成为高频变压器绕组的理想选择。在利兹线中，圆形利兹线更易于缠绕，因而其在高频变压器绕组中应用较为广泛。

为减小开关损耗，需要利用串联谐振的方式实现DC-DC变换器等电力电子装备的零电压开关。这种背景下，为不增大电力电子装备的体积和重量，通常利用高频变压器自身的漏电感作为谐振电路中的电感，而不是单独添置额外的电感器。由于该电感对DC-DC变换器等电力电子装备的输出效率、电路的拓扑方式和控制方式等产生重要影响，故精确并快速计算漏电感参数对于圆形利兹线高频变压器，乃至整个变换电路的精细化设计至关重要。

有限元等数值算法在圆形利兹线高频变压器漏电感的计算中实用性较低。因为圆形利兹线内部股线的尺寸本身很小，同时在高频激励下，其集肤深度也将变得很小，所以圆形利兹线高频变压器的剖分单元必须更小，从而造成所需内存和运算量极大。因此，提出精确的圆形利兹线高频变压器漏电感解析计算模型成为解决上述问题的关键所在。然而当前并未见到任何有关圆形利兹线高频变压器漏电感解析计算模型的相关研究和报道。

现有漏电感解析计算模型主要针对的是基于长箔式绕组绕制的高频变压器。例如：

(1)文献1：律方成，郭云翔，付超，等.基于磁链分区的大功率中频变压器漏感参数计算方法[J].电工技术学报，2016，31(5)：164-169。该文献基于磁链法，提出了一种考虑频变特性的高频变压器漏电感解析计算模型，但其针对的是利用长箔式绕组绕制而成的高频变压器。

(2)文献2：陈彬，李琳，赵志斌.一种考虑频变特性的大容量高频变压器漏电感解析计算方法[J].中国电机工程学报，2017，37(13)：3928-3937。该文献针对Dowell模型并未考虑频率对高频变压器箔式绕组磁场有较大影响的问题，基于能量法，提出了一种新的高频变压器漏电感解析计算模型，但其也针对的是利用长箔式绕组绕制而成的高频变压器。

(3)申请号为202011314420.9的中国发明专利：陈彬，万妮娜，陈健，等.一种考虑端部效应的高频变压器漏电感参数计算方法。该发明专利综合有限元算法和解析计算模型，提出了一种考虑端部效应的高频变压器漏电感参数混合计算方法，但其同样针对的是长箔式绕组高频变压器，且因为其用到了有限元算法，会产生参数提取过程复杂、计算量较大、实用性较低等问题。

由于长箔式绕组与圆形利兹线绕组结构差异较大，所以上述现有漏电感解析计算模型并不适用于圆形利兹线高频变压器漏电感的准确计算。综上所述，目前尚无圆形利兹线高频变压器漏电感解析计算模型。