基于拉格朗日數(shù)乘法的高頻高壓變壓器優(yōu)化設計.pdf

1、現(xiàn)代電力電子設備一個重要的發(fā)展趨勢是提高設備的工作頻率以提高其能量密度、并且減小體積。高壓直流電源作為電氣領域的重要設備之一，已經(jīng)廣泛采用高頻的LC串聯(lián)諧振型變換器。高頻高壓變壓器作為該諧振變換器的核心設備，其可靠穩(wěn)定性對于高壓直流電源的性能有著決定性的作用。
　　影響高頻高壓變壓器可靠穩(wěn)定性能的因素很多，例如高頻高壓變壓器的漏電感、分布電容、損耗、溫升等因素。這些因素相互制約，難以同時進行優(yōu)化。為此，高頻高壓變壓器在設計時往往根

2、據(jù)電路性質選取對電路性能影響較大的因素進行優(yōu)化。本文根據(jù)電容器充電電源的充電速度快，電壓等級較高的工作特點，將減小分布電容以及限制變壓器損耗作為變壓器設計時的優(yōu)化目標，以達到變壓器在電路中可靠穩(wěn)定運行的目的，并基于此目標創(chuàng)新性地提出一種基于Lagrange數(shù)乘法的高頻高壓變壓器的優(yōu)化設計方法。利用這種優(yōu)化設計方法通過設計合理的繞組結構，包括繞組的分段數(shù)、分層數(shù)以及每段每層的匝數(shù)，可以使高頻高壓變壓器的分布電容在滿足變壓器損耗條件下取得最

3、小值。
　　高頻高壓變壓器的壽命很大程度受到絕緣狀況的影響，主要包括變壓器絕緣材料的選取，絕緣構成等，因此在設計階段需要充分考慮絕緣設計。本文應用有限元仿真的方法對所設計的變壓器進行了較為全面的靜電場分析，以達到改善電場分布，優(yōu)化絕緣設計的目的。另外，通過應用有限元溫度場模塊對溫升進行仿真，驗證了變壓器滿足溫升要求。最后本文設計并繞制了一臺輸入電壓500V，輸出電壓10kV，額定頻率15kHz，額定容量30kVA，效率高達98％的