由于高温超导带材的各向异性,其易受到垂直于带材表面磁场的影响。由于超导绕组端部磁场最大,因此对超导变压器进行端部磁场优化,降低带材表面垂直场,有利于提升超导绕组的电磁性能。国内对于采用二代超导带材超导变压器端部磁场的优化研究较少,本文对超导变压器的优化设计具有一定的借鉴意义。依托于实验室6.6 MVA高速列车用超导牵引变压器项目,等比例缩小研制了一台容量为5 kVA的超导变压器,为项目提供支撑。本文主要工作如下:（1）以短路阻抗43%,效率达到99%,重量小于50 kg为目标进行了超导变压器电磁方案设计。通过经验公式计算、仿真与实验对设计方案进行了验证。根据铁芯及绕组尺寸进行了绕组骨架与变压器支撑结构的设计。（2）建立了计及分磁环的超导双饼线圈电磁计算模型,探究了线圈单端、双端安装分磁环时,临界电流、交流损耗的变化规律。研究发现,两者均具有降损作用,但单侧安装分磁环时降低了线圈临界电流以及电磁稳定性。双侧均安装分磁环时改变了超导线圈磁场分布规律,使交流损耗集中在线圈外匝,提升了超导线圈的热稳定性;探究了不同负载、频率下分磁环对双饼线圈电磁性能的影响。传统分磁环适用于大负载,低频率场合。随着频率的增大、负载的降低,分磁环的优化作用逐步被削弱。（3）基于分界面条件理论,磁力线近似垂直入射介质分界面时对磁力线的吸引作用最大,提出了弧形分磁环结构,并将其应用于双饼线圈与5 kVA超导变压器,对其结构参数计算公式进行了推导。新型结构可以将超导绕组端部嵌入至弧形槽,在占用更小空间的同时,进一步降低了超导线圈的交流损耗。（4）建立了同时包含铁芯、分磁环与超导绕组的超导变压器电磁计算模型,探究了高低压绕组与铁芯间的耦合规律,同心式绕组分布削弱了绕组的端部垂直场,减小了交流损耗。铁芯对磁力线有吸引作用,增大了低压绕组周围的垂直场。较无铁芯建模时超导绕组交流损耗增大了26%;对高（低）压侧分磁环对低（高）压绕组的影响进行了探究,相比于近端,分磁环对远端绕组交流损耗影响可以忽略不计;探究了分磁环相关参数对超导绕组交流损耗的影响规律。随着宽度w、厚度h与磁导率μ的增大,分磁环距绕组端部距离d的减小,超导绕组的交流损耗有了进一步的降低,根据影响权重排名为w>d>h>μ;基于分磁环对超导绕组的影响规律,对分磁环结构参数进行了优化,得到了适配于5 kVA超导变压器的分磁环结构。超导绕组交流损耗为14.78 W,较优化前,超导绕组交流损耗降低了43.1%。分磁环损耗为0.285 W,仅占整体损耗的0.7%,可忽略不计。超导变压器效率为99.152%,满足设计要求。（5）基于上述理论分析结果,本文研制了一台容量为5 kVA的具备安全限流功能的高效轻量化单相高温超导变压器样机。搭建了超导变压器临界电流测试平台,对样机临界特性进行了评估。高压线圈平均临界电流为132 A,较绕制前衰退率为41.3%,添加分磁环后衰退率减小了6.2%。低压绕组临界电流为671 A,衰退率为39.1%,与仿真值差距较小,验证了仿真模型的准确性。