發(fā)布時(shí)間：2018-11-02 15:47

【摘要】：電力電子變壓器(Power Electronic Transformer，簡稱PET)是一種新型變壓器，它通過電力電子器件和電力電子變換技術(shù)，對能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制，能降低傳統(tǒng)變壓器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)節(jié)材和節(jié)能目的。高頻變壓器是PET的核心器件，起隔離和傳輸功率的作用，其性能好壞直接決定PET的性能好壞。性能差的變壓器損耗大，效率低，影響系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性和可靠性，甚至引起電力電子器件的故障，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換失敗。 本文明確了高頻變壓器的研究難點(diǎn)，分析了它的等效電路，進(jìn)行了高頻磁性材料特性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)了不同繞組結(jié)構(gòu)的10kVA高頻變壓器，并對其進(jìn)行了相關(guān)電磁參數(shù)、空載特性、短路特性的測量和研究。制作了用于20kHz、10kVA光伏逆變系統(tǒng)的高頻變壓器。 首先，對高頻變壓器的等效電路和參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了分析，根據(jù)電磁感應(yīng)定律設(shè)計(jì)了高頻磁性材料特性測試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析了測量結(jié)果，得出了鐵氧體、非晶合金和納米晶合金三種磁性材料正弦激勵(lì)下的高頻特性，繪制了它們的磁化曲線和磁滯回線，，并對磁性材料不同頻率下的損耗進(jìn)行了計(jì)算，為設(shè)計(jì)和制作高頻變壓器提供了具有參考價(jià)值的材料特性數(shù)據(jù)。 其次，分析了磁性材料損耗的傳統(tǒng)模型，在高頻磁性材料特性測試得到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得到了納米晶磁芯的高頻磁芯損耗模型，即高頻矯頑力、高頻磁芯損耗和最大磁通密度、頻率的關(guān)系�；�于三維擬合提出了依據(jù)斯坦梅茲(Steinmetz)系數(shù)判定高頻磁芯損耗的方法，為高頻變壓器磁芯材料的選型提供有力的參考依據(jù)。 最后，用有限元方法分析計(jì)算了高頻變壓器繞組在不同條件下的高頻效應(yīng)，以及不同繞組結(jié)構(gòu)對高頻變壓器電磁參數(shù)的影響。設(shè)計(jì)并完成了兩種繞組結(jié)構(gòu)(三明治式、交叉換位式)的高頻變壓器樣機(jī)，通過對它們電磁參數(shù)的測定及特性分析，明確了交叉換位式繞制技術(shù)可減少高頻變壓器損耗的優(yōu)勢�；�于以上實(shí)驗(yàn)研究，研制出用于20kHz、10kVA光伏逆變系統(tǒng)的高頻變壓器，該高頻變壓器采用了改進(jìn)的交叉換位式結(jié)構(gòu)，其效率最高可達(dá)99.3%。
[Abstract]:Power electronic transformer (Power Electronic Transformer,) is a new type of transformer. It can reduce the volume and weight of traditional transformer by means of power electronic device and power electronic transformation technology to convert and control the energy. The purpose of saving materials and saving energy is realized. High frequency transformer is the core device of PET. It plays the role of isolating and transmitting power. Its performance directly determines the performance of PET. The transformer with poor performance has a large loss and low efficiency, which affects the stability and reliability of the system circuit, and even causes the failure of the power electronic device, which leads to the failure of the energy conversion. In this paper, the research difficulties of high frequency transformer are defined, its equivalent circuit is analyzed, and the characteristic experiment of high frequency magnetic material is carried out. The 10kVA high-frequency transformer with different windings is designed, and its electromagnetic parameters, no-load characteristics and short-circuit characteristics are measured and studied. A high frequency transformer for 20 kHz 10 kVA photovoltaic inverter system has been fabricated. First of all, the equivalent circuit and parameter calculation of high frequency transformer are analyzed. According to the law of electromagnetic induction, the experimental platform for testing the characteristics of high frequency magnetic material is designed, and the measurement results are analyzed, and the ferrite is obtained. The high frequency characteristics of amorphous alloy and nanocrystalline alloy under sinusoidal excitation are studied. Their magnetization curves and hysteresis loops are drawn, and the loss of magnetic material at different frequencies is calculated. The material characteristic data with reference value are provided for the design and manufacture of high frequency transformer. Secondly, the traditional loss model of magnetic material is analyzed. On the basis of the data obtained from the characteristic test of high frequency magnetic material, the high frequency core loss model of nanocrystalline magnetic core is obtained, that is, high frequency coercivity, high frequency core loss and maximum flux density. The relation of frequency. Based on 3D fitting, a method of determining high frequency core loss based on Steinmez (Steinmetz) coefficient is proposed, which provides a powerful reference basis for the selection of core materials for high frequency transformers. Finally, the high frequency effect of high frequency transformer windings under different conditions and the influence of different winding structures on the electromagnetic parameters of high frequency transformer are analyzed and calculated by finite element method. A prototype of two kinds of windings (sandwich type, cross transposition type) is designed and completed. By measuring their electromagnetic parameters and analyzing their characteristics, the advantages of cross-transposition winding technology to reduce the loss of high frequency transformer are determined. Based on the above experimental research, a high-frequency transformer for 20kHz 10kVA photovoltaic inverter system is developed. The high frequency transformer adopts an improved cross-transposition structure, and its efficiency can reach 99.3%.
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM433

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本文編號(hào)：2306228