基于等效媒质理论的高频变压器利兹线周期性结构均质化建模方法

作     者：李元 林金山 邵先军 杨智 张大宁 张冠军 

作者机构：西安交通大学电气工程学院 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52107165) 

主　　题：高频变压器 利兹线 等效媒质理论 均质化 损耗计算 

摘      要：高频变压器是电力电子变压器实现新能源交直流系统电气隔离、电压转换的核心部件，具有体积小、功率密度高的特点。受高频集肤效应及邻近效应影响，高频变压器的绕组损耗一般很大，加之其结构紧凑、散热能力不足，设备局部温升极易越限。准确高效地计算绕组损耗对高频变压器的优化设计和可靠运行具有重要意义。本文分析了利兹线的微观蜂巢结构，提取基本周期单元从而简化电磁场分析，基于等效媒质理论提出了绕组电磁场均质化仿真模型与损耗计算方法。结果表明，均质化仿真模型具有很高的准确性与计算效率，以精细化二维模型仿真结果为参考，磁通密度和电场强度的仿真误差小于0.5%，计算效率提升了约12000倍，运行内存需求减少了30.28倍；损耗计算方法在中低频段与主流模型的准确度近似，而在高频段的误差比Tourkhani模型降低了20%。本文提出的均质化模型显著降低了利兹线绕组电磁场仿真的建模难度和计算量，解决了高频涡流仿真难度大、损耗计算准确度低的问题，为高频变压器结构优化设计提供理论和模型支持。