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近年来,随着电力电子技术的迅速发展,一种新型的电力设备——电力电子变压器得到了广泛的关注,它不仅实现了传统变压器的功能,还兼顾提高系统的稳定性、改善电能质量的作用,因此在新能源发电、柔性直流输电系统中有重要作用。双向隔离型DC-DC变换器是电力电子变压器的重要组成部分,其整体的高频化、高功率化和小型化运行对电力电子变压器性能影响重大,已成为了国内外学者的研究热点。其中,高频变压器作为DC-DC变换器的关键部件,不仅承担着电压变换、能量传输、电气隔离的主要功能,其体积、重量、损耗更决定了DC-DC变换器的这些性能;因此,研究高频变压器的特性对提高整个变换器的工作性能有重要意义。 本文以工作在串联谐振式DC-DC变换器下的高频变压器为研究对象,围绕高频变压器的优化设计流程,对其电磁特性进行了较为系统的研究,为高频变压器的效率优化、与外部变换器的协同工作提供了理论支撑。 磁芯材料的选取会影响高频变压器的工作参数、体积、损耗、散热等诸多性能。本文首先分析了工作在串联谐振式DC-DC变换器下的高频变压器对磁芯材料的性能要求,其次选取了常用的几种磁芯材料进行了综合比较,为磁芯材料的选取提供了指导。 高频变压器的效率决定了DC-DC变换器整体传递功率的能力。为此,论文首先分析比较了铁芯损耗与绕组损耗的理论计算方法;其次,基于高频变压器的解析设计原理与有限元分析方法,研究了高频变压器效率随工作参数(磁感应强度和电流密度)、铁芯尺寸的变化规律,据此得到使变压器效率最大的优化方案。 变压器漏感承担着串联谐振电路中谐振电感的角色,为了更好地进行谐振参数设计,需要精确计算变压器的漏感。本文建立了一种能够精确计算壳式变压器漏感的二维有限元模型,并通过一维解析法、三维有限元模型的计算结果验证这一方法的有效性。 最后,利用实验室现有的高频变压器,搭建了DC-DC变换器实验平台,完成了高频变压器的漏感值的测试。