[发明专利]一种高频大功率三相变压器损耗计算方法

权利要求书

1.一种高频大功率三相变压器损耗计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：采用基波分析方法，推导出Y-Y型、Y-△型和△-△型绕组连接方式下，高频三相变压器绕组电流i_LA各阶次谐波电流分量幅值的表达式；

步骤二：结合Dowell方程，计算各阶次谐波频率下的原、副边绕组交流电阻；运用叠加原理将各阶次谐波电流对应的损耗求和，进而得到扁铜线原边绕组损耗表达式P_wp、副边绕组损耗表达式P_ws；

步骤三：依据Y型、△型连接下的电压波形，结合电压与磁通密度之间的关系，推导出相应激励电压波形下的铁心磁通密度B_Y(t)、B_△(t)的表达式；

步骤四：结合高频三相变压器的绕组连接方式，将移相控制下的原、副边绕组所产生磁通密度波形叠加，得到负载运行条件下铁心的磁通密度B(t)波形；

步骤五：根据磁通密度B(t)波形，得到简化解析表达式，计算出在移相控制运行条件下：Y-Y型、Y-△型和△-△型绕组连接方式的高频三相变压器铁心损耗。

2.根据权利要求1所述一种高频大功率三相变压器损耗计算方法，其特征在于：所述步骤一中，根据隔离式三相双有源全桥DC-DC变换器的近似等效电路模型，采用基波分析方法，推导出电感L_σ上对应的电压降ΔU的展开式为：

式中，ΔU_n和φ_n分别为电压降ΔU的第n次谐波分量幅值和相位；ω为角频率，ω＝2πf_s；

结合相量图，能够得到Y-Y型、Δ-Δ型连接中，电感L_σ上电压降ΔU的第n次谐波电压幅值的计算表达式为：

式中：为V_in侧逆变输出的第n次谐波电压；为V_out侧逆变输出折合到V_in侧的第n次谐波电压；为逆变和整流侧三桥臂变换器的门控信号之间的移相角；

Y-Δ型连接中，电感L_σ上电压降ΔU的第n次谐波电压幅值的计算表达式为：

ΔU_n的相位能够表示为：

Y-Y型连接方式下，第n次谐波电压的幅值为：

式中：N_w为原副边绕组的电压变比；

Y-Δ型连接方式下，第n次谐波电压的幅值为：

Δ-Δ型连接方式下，第n次谐波电压的幅值为：

由于电感电流I_LA滞后ΔU_n为90°，所以经过电感的电流能够表示为：

式中：为V_in侧逆变输出的第n次谐波电流幅值，其大小与两侧逆变输出电压、电感有关；

因此，第n次谐波电流幅值能够表示为：

3.根据权利要求1所述一种高频大功率三相变压器损耗计算方法，其特征在于：所述步骤二中：原边绕组损耗表达式P_wp、副边绕组损耗表达式P_ws；

式中，分别为原边绕组和副边绕组第n次电流谐波下的交流电阻系数；N表示非正弦电流的最高谐波阶次；N_w表示原边和副边绕组的匝数比；

R_wpDC、R_wsDC分别为原边绕组和副边绕组的直流电阻，计算式如下

式中，σ_w为绕组导体的电导率；N_l1和N_l2分别为原副边绕组每层匝数；m₁和m₂分别为原副边绕组层数；MTL₁和MTL₂分别为原副边绕组平均匝长；d_f1和d_f2为原副边扁铜线厚度；h_f1和h_f2为原副边扁铜线宽度。