【摘 要】
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双向隔离型AC-DC矩阵变换器具有功率密度高、体积小、重量轻等优点,在电池储能系统、电动机混合动力汽车等领域应用广泛。其中高频变压器部分具有电气隔离、电压等级变换等功能,但是在实际运行中发现高频变压器,特别是其绕组部分发热现象明显,绕组损耗严重影响了变换器的传输效率。为了解决绕组部分发热严重,绕组损耗降低变换器效率的问题,本文对高频变压器部分进行了深入的研究。为了准确的评估高频变压器的绕组损耗,建
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双向隔离型AC-DC矩阵变换器具有功率密度高、体积小、重量轻等优点,在电池储能系统、电动机混合动力汽车等领域应用广泛。其中高频变压器部分具有电气隔离、电压等级变换等功能,但是在实际运行中发现高频变压器,特别是其绕组部分发热现象明显,绕组损耗严重影响了变换器的传输效率。为了解决绕组部分发热严重,绕组损耗降低变换器效率的问题,本文对高频变压器部分进行了深入的研究。为了准确的评估高频变压器的绕组损耗,建立了一种绕组损耗的计算模型。该模型基于Tourkhani公式得到交流电阻系数,利用双向隔离型AC-DC矩阵变换器等效模型得到谐波电流,再结合绕组的直流电阻和上述两个物理量建立了高频变压器绕组损耗计算模型。同时,通过该绕组损耗计算模型与比热容计算法,探究高频变压器的温升问题。基于高频变压器绕组损耗计算模型,为了降低高频变压器的绕组损耗,提出了一种高频变压器参数优化设计方法。该方法以高频变压器磁芯窗口、绕组导体有效截面积、漏感参数为约束条件,以高频变压器绕组损耗最小为优化目标,利用遗传寻优算法得到一组适用于高频变压器且具有高效率的绕组参数,以此研制了一台高频变压器。仿真和实验结果表明,采用本文提出的参数优化设计方法设计出的高频变压器可以满足变换器需求。利用优化设计后的高频变压器,双向隔离型AC-DC矩阵变换器工作特性符合理论推导,且输入输出性能良好。同时,高频变压器绕组损耗最多可降低20%,变换器的效率最高可以达到98%,相比于采用原变压器的变换器效率最多可提高1.07%,由此证明了参数优化设计方法的有效性。
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