96kVA高压中频变压器优化设计研究

发布时间：2017-09-19 22:34

  本文关键词：96kVA高压中频变压器优化设计研究

  更多相关文章： 中频静电除尘 变压器 多物理场模型 优化布线 双二维有限元法

【摘要】：随着我国工业化的加速发展,治理煤炭燃烧污染成为环境保护的重要课题。燃煤产生的主要污染物是粉尘,相比其他除尘技术,电除尘方式具有可控性强、耗能少、效率高等诸多优点。中频除尘电源以其功率等级大、安全性好以及从工频方案升级改造成本低等特点,成为各种电除尘方案中的理想选择。中频大功率变压器连接了电源柜和除尘器本体,是除尘方案的核心部分,本文的主要工作即是围绕中频静电除尘变压器的优化设计展开。本文首先介绍了中频静电除尘方案的基本原理,分析了中高频大功率变压器设计研制的难点。介绍了变压器的多物理场模型,分析并计算了本文采用的口字型磁芯的磁阻的计算方法；介绍了变压器分布电容的解析计算公式；讨论并比较了不同的变压器磁芯损耗的计算方法；介绍了变压器温升的计算方法。本文重点介绍了变压器导线的中高频计算模型。对比分析了不同种类导线的中高频电阻与电感计算方法,给出了面积等效原理。分析了交流电阻与电感解析表达式中误差的来源及影响误差的关键物理量,通过有限元仿真与小功率样机实验,优选了交流电阻计算方法。介绍了Hurley教授提出的根据绕组层数计算优化导线直径的基本原理及公式,分析了采用这种方法产生误差的原因。基于控制变量法,设计了多组布线方案的对比,根据对比分析结果,提出了基于圆形导体的电感及变压器优化布线方法,建立了数学模型并进行了验证。在理论模型分析与验证的基础上,本文进一步做了仿真与硬件方面的工作。分析了变压器设计的各项约束条件,介绍了适用于EE磁芯的双二维有限元仿真法,将其适当改造并应用于口字型磁芯的仿真之中,在保证仿真精度的同时提高了效率。优化改进了变压器设计流程,将双二维有限元仿真法内置于变压器设计流程之中,提高了设计的效率。优化设计流程基于最小值优化解法,在满足变压器设计约束的基础上可以找到优化系统性能的设计方案,根据优化方案制作了若干中频大功率变压器样机。结合解析计算公式、有限元仿真及实验测试,提取了变压器的分布参数并进行分析,验证了本文设计方案的可行性与准确性。
【关键词】：中频静电除尘 变压器 多物理场模型 优化布线 双二维有限元法
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM432
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 高压中频大功率变压器12-17
• 1.2.1 除尘变压器研究现状12-14
• 1.2.2 中高频大功率变压器研究现状14-17
• 1.3 主要研究内容17-19
• 第二章 变压器的多物理场模型19-33
• 2.1 中高频变压器的参数分布模型19-20
• 2.2 变压器的磁路模型20-21
• 2.2.1 磁阻的计算定义20-21
• 2.2.2 字型变压器总磁阻计算21
• 2.3 中高频变压器的寄生电容21-26
• 2.3.1 变压器寄生电容的组成21-22
• 2.3.2 基本结构的电容计算22-23
• 2.3.3 简化的层间电容计算方法23-24
• 2.3.4 绕组电容折合方法24-25
• 2.3.5 绕组与其他结构电容25-26
• 2.4 变压器的磁芯损耗26-28
• 2.4.1 计算磁芯损耗的Steinmetz公式26
• 2.4.2 改进的Steinmetz公式26-27
• 2.4.3 磁芯损耗分离计算法27-28
• 2.5 变压器导线的交流效应28-29
• 2.6 变压器的热模型29-31
• 2.6.1 变压器中的热传递29-30
• 2.6.2 变压器中的等效节点热模型30-31
• 2.7 本章小结31-33
• 第三章 变压器导线交流效应建模33-53
• 3.1 导体中的涡流效应33-35
• 3.1.1 集肤效应33-34
• 3.1.2 邻近效应34-35
• 3.2 交流电阻解析计算方法35-40
• 3.2.1 Dowell公式35-37
• 3.2.2 Ferreira公式37-38
• 3.2.3 面积等效原理38-39
• 3.2.4 利兹线的交流损耗39-40
• 3.3 交流电感解析计算方法40-41
• 3.4 正交磁场强度分量与边缘效应41-42
• 3.5 边缘效应补偿方法及精度分析42-50
• 3.5.1 交流电阻边缘效应补偿公式42-43
• 3.5.2 麦克斯韦方程组和有限元法43-44
• 3.5.3 交流电阻补偿公式精度分析44-48
• 3.5.4 交流电感补偿公式精度分析48-50
• 3.6 本章小结50-53
• 第四章 变压器导线优化布线方法53-77
• 4.1 给定层数的绕组优化方法53-58
• 4.1.1 铜箔绕组厚度优化方法53-56
• 4.1.2 铜箔绕组厚度优化误差分析56-57
• 4.1.3 圆导线及利兹线优化方法57-58
• 4.2 绕组布线的损耗比较分析58-66
• 4.2.1 铜和铝箔相同厚度情况对比58-60
• 4.2.2 铜和铝箔相同最优渗透率情况对比60-61
• 4.2.3 矩形导线与铜箔相同电阻情况对比61-62
• 4.2.4 矩形导线与铜箔相同厚度情况对比62-63
• 4.2.5 圆导线参数扫描情况对比63-66
• 4.3 电感优化损耗布线方法66-70
• 4.3.1 优化导体直径布线方法67-69
• 4.3.2 减小导体直径的布线方法69-70
• 4.4 变压器优化损耗布线方法70-72
• 4.5 优化损耗布线的数学模型72-73
• 4.6 优化损耗布线验证73-76
• 4.7 本章小结76-77
• 第五章 中频高压变压器优化设计77-93
• 5.1 中频静电除尘拓扑工作原理77
• 5.2 中频变压器设计约束77-81
• 5.2.1 高压绝缘要求78-79
• 5.2.2 磁芯材料及形状选择79-81
• 5.2.3 导线布线方法81
• 5.3 中频变压器数值计算参数提取方法81-85
• 5.3.1 漏感参数提取与能量法81
• 5.3.2 双二维电磁场有限元分析81-83
• 5.3.3 口字型磁芯的二维磁阻模型83-85
• 5.3.4 二维电场电容参数的提取85
• 5.4 中频变压器优化设计方法85-87
• 5.5 中频变压器的样机研制与实验87-92
• 5.5.1 中频变压器的样机研制87-88
• 5.5.2 非晶合金材料特性测试88-90
• 5.5.3 中频变压器的损耗测试90
• 5.5.4 中频变压器的电感测试90-91
• 5.5.5 中频变压器的电容测试91
• 5.5.6 中频变压器的运行测试91-92
• 5.6 本章小节92-93
• 第六章 总结与展望93-95
• 6.1 本文工作的总结93
• 6.2 今后工作的展望93-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-101
• 攻读学位期间发表的学术论文及成果101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张征;谢宝昌;;大容量中频变压器绕组损耗计算与测试[J];电力电子技术;2015年03期

2 李子欣;王平;楚遵方;朱海滨;李耀华;;面向中高压智能配电网的电力电子变压器研究[J];电网技术;2013年09期

，

本文编号：884305