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作為直流變換器核心器件的中頻變壓器，其漏感過(guò)大會(huì)給開(kāi)關(guān)器件帶來(lái)不可忽略的影響。在反激變換器中，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，漏感上存儲(chǔ)的能量會(huì)被瞬間釋放，此時(shí)開(kāi)關(guān)器件兩端承受尖峰電壓，從而有可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件損壞。

若能在反激變換器設(shè)計(jì)時(shí)降低變壓器漏感，以減小開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的尖峰電壓，則可對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行有效的保護(hù)。另外，在諧振直流變換器中，變壓器漏感需要與諧振電容，電路工作頻率相匹配，才能使電路工作在最佳諧振狀態(tài)，以提高變換器的傳輸效率。為此，對(duì)變壓器漏感進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和控制對(duì)直流變換器的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，計(jì)算中頻圓導(dǎo)線變壓器漏感的計(jì)算方法主要分為兩種：數(shù)值法和解析法。

數(shù)值法例如有限元仿真，在求解漏感時(shí)有足夠高的精度，但是該方法會(huì)因施加激勵(lì)的頻率升高而導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并且在變壓器設(shè)計(jì)中不易靈活使用；解析法是一種考慮變壓器磁心結(jié)構(gòu)、繞組分布情況、繞組頻率效應(yīng)等因素以解析式計(jì)算變壓器漏感的方法，并且便于工程師在制造變壓器的過(guò)程中對(duì)漏感進(jìn)行設(shè)計(jì)以達(dá)到漏感期望值。目前常用的解析法為磁場(chǎng)能量解析法，通過(guò)計(jì)算變壓器窗口處的磁場(chǎng)能量來(lái)求解變壓器漏感。

以磁場(chǎng)能量解析法提高圓導(dǎo)線變壓器漏感計(jì)算精度是許多研究者一直在研究的內(nèi)容?，F(xiàn)在廣泛使用的方法為Dowell的圓導(dǎo)線面積等效法，將圓導(dǎo)線等效為銅箔導(dǎo)線從而進(jìn)行銅箔變壓器漏感的計(jì)算。但是該方法沒(méi)有考慮圓導(dǎo)線的頻率效應(yīng)，缺乏一定的理論基礎(chǔ)，并且等效后使得變壓器窗口處絕緣區(qū)域的面積計(jì)算不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致漏感計(jì)算結(jié)果偏大。

之后，有研究者針對(duì)利茲線變壓器漏感計(jì)算提出了一種考慮導(dǎo)線頻率效應(yīng)的計(jì)算方法，這可類比進(jìn)行圓導(dǎo)線變壓器漏感的計(jì)算，但是這種類比方法忽略了匝間的不規(guī)則空隙，導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的漏感偏小。

為此，合肥工業(yè)大學(xué)科研人員提出一種更加準(zhǔn)確的中頻圓導(dǎo)線變壓器漏感計(jì)算方法。該方法基于變壓器窗口處的磁場(chǎng)分布和圓導(dǎo)線的頻率效應(yīng)，間接地將匝間不規(guī)則空隙的漏磁場(chǎng)能量計(jì)算在內(nèi)，使得中頻下圓導(dǎo)線變壓器漏感的計(jì)算精度得以提高。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備展示

科研人員基于現(xiàn)有利茲線變壓器漏感計(jì)算方法，可類比對(duì)圓導(dǎo)線變壓器漏感計(jì)算進(jìn)行圓導(dǎo)線頻率效應(yīng)分析，并在此基礎(chǔ)上考慮了常被忽略的匝間不規(guī)則空隙處能量，以提高整體的變壓器漏感計(jì)算精度。

他們通過(guò)對(duì)不同頻率下變壓器窗口處磁場(chǎng)分布的分析，得出圓導(dǎo)線變壓器窗口處不同區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式及頻率效應(yīng)帶來(lái)的影響，最終得出漏感的解析表達(dá)式。為了驗(yàn)證提出方案在不同孔隙率下的有效性，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

科研人員指出，實(shí)驗(yàn)證明所提出的方法相比現(xiàn)有方法可進(jìn)一步提高漏感的計(jì)算精度，為后面擴(kuò)展為大功率直流變換器中變壓器的設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。

本文編自2021年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“中頻圓導(dǎo)線變壓器漏感的精確解析計(jì)算”，作者為光伏系統(tǒng)教育部工程研究中心（合肥工業(yè)大學(xué)）的尹浩、蘇建徽 等。