- 頭條合肥工業大學科研人員提出變壓器漏感的解析計算新方法，精度更高2022-04-04 作者：尹浩、蘇建徽 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語合肥工業大學科研人員提出一種更加準確的中頻圓導線變壓器漏感計算方法。該方法基于變壓器窗口處的磁場分布和圓導線的頻率效應，間接地將匝間不規則空隙的漏磁場能量計算在內，使得中頻下圓導線變壓器漏感的計算精度得以提高。
作為直流變換器核心器件的中頻變壓器，其漏感過大會給開關器件帶來不可忽略的影響。在反激變換器中，開關器件關斷的瞬間，漏感上存儲的能量會被瞬間釋放，此時開關器件兩端承受尖峰電壓，從而有可能導致開關器件損壞。
若能在反激變換器設計時降低變壓器漏感，以減小開關管關斷時的尖峰電壓，則可對開關器件進行有效的保護。另外，在諧振直流變換器中，變壓器漏感需要與諧振電容，電路工作頻率相匹配，才能使電路工作在最佳諧振狀態，以提高變換器的傳輸效率。為此，對變壓器漏感進行準確的計算和控制對直流變換器的設計具有重要的指導意義。
目前，計算中頻圓導線變壓器漏感的計算方法主要分為兩種：數值法和解析法。
數值法例如有限元仿真，在求解漏感時有足夠高的精度，但是該方法會因施加激勵的頻率升高而導致計算時間過長，并且在變壓器設計中不易靈活使用；解析法是一種考慮變壓器磁心結構、繞組分布情況、繞組頻率效應等因素以解析式計算變壓器漏感的方法，并且便于工程師在制造變壓器的過程中對漏感進行設計以達到漏感期望值。目前常用的解析法為磁場能量解析法，通過計算變壓器窗口處的磁場能量來求解變壓器漏感。
以磁場能量解析法提高圓導線變壓器漏感計算精度是許多研究者一直在研究的內容。現在廣泛使用的方法為Dowell的圓導線面積等效法，將圓導線等效為銅箔導線從而進行銅箔變壓器漏感的計算。但是該方法沒有考慮圓導線的頻率效應，缺乏一定的理論基礎，并且等效后使得變壓器窗口處絕緣區域的面積計算不夠準確，導致漏感計算結果偏大。
之后，有研究者針對利茲線變壓器漏感計算提出了一種考慮導線頻率效應的計算方法，這可類比進行圓導線變壓器漏感的計算，但是這種類比方法忽略了匝間的不規則空隙，導致計算出來的漏感偏小。
為此，合肥工業大學科研人員提出一種更加準確的中頻圓導線變壓器漏感計算方法。該方法基于變壓器窗口處的磁場分布和圓導線的頻率效應，間接地將匝間不規則空隙的漏磁場能量計算在內，使得中頻下圓導線變壓器漏感的計算精度得以提高。
圖1 實驗設備展示
科研人員基于現有利茲線變壓器漏感計算方法，可類比對圓導線變壓器漏感計算進行圓導線頻率效應分析，并在此基礎上考慮了常被忽略的匝間不規則空隙處能量，以提高整體的變壓器漏感計算精度。
他們通過對不同頻率下變壓器窗口處磁場分布的分析，得出圓導線變壓器窗口處不同區域的磁場強度表達式及頻率效應帶來的影響，最終得出漏感的解析表達式。為了驗證提出方案在不同孔隙率下的有效性，進行了相應的實驗。
科研人員指出，實驗證明所提出的方法相比現有方法可進一步提高漏感的計算精度，為后面擴展為大功率直流變換器中變壓器的設計提供可靠的理論依據。
本文編自2021年第15期《電工技術學報》，論文標題為“中頻圓導線變壓器漏感的精確解析計算”，作者為光伏系統教育部工程研究中心（合肥工業大學）的尹浩、蘇建徽 等。
