[发明专利]PWM电压激励的三相立体卷铁心变压器多目标优化设计方法

权利要求书

1.一种PWM电压激励的三相立体卷铁心变压器多目标优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

A根据实际需求，确定三相立体卷铁心变压器的约束条件、固定设计参数和自由设计参数；

B根据约束条件、固定设计参数和自由设计参数，构建一个设计空间，采用循环遍历法在设计空间内进行设计参数组合，得到所有三相立体卷铁心变压器设计方案；

C对设计空间内的所有三相立体卷铁心变压器设计方案的初级侧频变漏感L_σ、总铜耗P_Cu、总铁耗P_c、最大温升进行计算；具体步骤包括：

a)根据Dowell理论模型计算变压器初级侧频变漏感L_σ：

其中，N_p为初级绕组匝数，μ₀为空气磁导率，l_w为导体的平均周长，m_p初级绕组的层数，m_s为次级绕组的层数，d_rp为初级绕组导体横截面厚度，d_rs为次级绕组导体横截面厚度，d_ap初级绕组层间气道宽度，d_as为次级绕组层间气道宽度，d_ad为初次级绕组之间气道宽度，h_w为绕组总高度；

式中K_R为修正漏感计算中磁路长度的一个系数，其表达式为：

其中，d_w为绕组总厚度；

F_wp为初级绕组漏感的频变特性，表达式为：

式中m_p初级绕组的层数，sinh为双曲正弦函数，cosh为双曲余弦函数，δ为透入深度，σ′为等效电导率，σ为电导率，H_c为窗高；

F_ws为次级绕组漏感的频变特性，表达式为

b)PWM电压激励会产生高频谐波，因此需要考虑绕组交流铜耗，通常将电流进行傅里叶分解，根据各个分量的幅值和对应频率的交流电阻，计算总铜耗P_Cu：

P_Cu＝P_ws+P_wp

其中，P_ws为次级绕组损耗，P_wp为初级绕组损耗，

I_m为初级电流m次谐波的有效值，R_pm为m次谐波对应的初级绕组交流电阻，I_n为次级电流n次谐波的有效值，R_sn为n次谐波对应的次级绕组交流电阻；

式中R_pm＝F_RpR_pdc

其中：R_pdc为初级绕组直流电阻，F_Rp为初级交流电阻系数；

R_sn＝F_RsR_sdc

其中：R_sdc为次级绕组直流电阻，F_Rs为次级交流电阻系数；

c)根据三相立体卷铁心变压器非线性磁路模型，计算PWM电压激励下单个周期的磁密波形，通过损耗分离模型时域表达式计算单位重量铁心损耗P_co：

式中：K_h为磁滞损耗系数，K_ec为涡流损耗系数，K_ex为剩余损耗系数，T为电压激励的周期；

总铁耗P_c＝P_coG_t

式中G_t为立体卷铁心重量；

d)根据总铜耗P_Cu、总铁耗P_c、环境温度节点T_a1及风机风速u_in计算最大温升；

D当设计空间内的所有三相立体卷铁心变压器设计方案全部计算完成后，根据三相立体卷铁心变压器的约束条件对三相立体卷铁心变压器设计方案进行筛选，合格的方案归入合格方案集，不合格的方案归入不合格方案集；

E根据合格方案的总铜耗P_Cu、总铁耗P_c、立体卷铁心重量G_t和绕组重量G_w，求解合格方案集的帕累托最优解集，在最优解集中选择最终方案。