[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

说明书

本发明涉及一种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。首先确定约束条件、固定设计参数和自由设计参数，根据约束条件、固定设计参数和自由设计参数构建设计空间，采用循环遍历法在设计空间内进行设计参数组合，根据约束条件筛选出合格方案并归入合格方案集，求解合格方案集的帕累托最优，在最优中选择最终方案。本发明考虑了铁心饱和特性引入的磁通密度三次谐波分量，可实现对风冷三相立体卷铁心变压器的初级侧频变漏感、总铜耗、总铁耗与最大温升的精确计算，进而能够得到约束条件下全局最优设计方案。

技术领域

本发明属于电力电子电能变换领域，具体涉及一种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。

背景技术

在隔离型三相逆变电源中，磁性元件的体积、重量和损耗占据逆变器整体的较大比例。目前在大容量应用场合，往往需要根据项目需求专门设计磁性元件，如何在约束条件下优选设计参数以尽可能减少磁性元件的体积、重量和损耗，成为提高逆变电源功率密度的瓶颈问题之一。

使用载波移相PWM调制技术能够显著提高谐波频率，降低输出滤波电感值，可将滤波电感集成至隔离变压器漏感，节省逆变电源的体积与重量。相比三相平面叠铁心变压器，立体卷铁心变压器具有磁路对称、体积小、重量轻、损耗低等优势，可以进一步减少磁性元件的体积、重量和损耗。

传统变压器设计方法主要针对正弦电压激励下的电力变压器，在设计参数取值上依赖于设计经验，对于PWM电压激励的、集成滤波电感的三相立体卷铁心变压器频变漏感、铜耗、铁耗、温升等设计参数缺乏精确有效的计算手段；传统设计方法在设计过程中采用Excel表格计算书计算变压器参数，通过有限次数的迭代设计，得到满足约束条件的设计方案，难以取得约束条件下的全局最优设计方案。因此，需要提出一种适用于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，实现对风冷三相立体卷铁心变压器的频变漏感、铜耗、铁耗、最大温升的精确计算，进而得到约束条件下的全局最优设计方案。

发明内容

本发明提供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，能够实现对风冷三相立体卷铁心变压器的初级侧频变漏感、总铜耗、总铁耗、最大温升的计算，能够取得约束条件下的全局最优设计方案。

为实现上述目的，本发明所述的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，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；

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。