大功率开关电源变压器的铜损仿真分析

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1、西南交通大学硕士学位论文大功率开关电源变压器的铜损仿真分析姓名：唐冬林申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：刘庆想20110510西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着电源技术的不断发展，高频化和高功率密度化已成为开关电源系统的研究方向和发展趋势。变压器是开关电源的核心部件，是决定开关电源性能和稳定性的重要因素，随着工作频率的不断提高，变压器的结构越来越紧凑，高频效应的影响越来越明显，变压器损耗极易引起局部过热，甚至烧毁变压器。因此，对变压器损耗的研究具有重要的工程意义。本文所研究的问题属于交变电磁场问题。因此，本文从麦克斯韦方程组出发，介绍了交变电磁场理论以及分析该问题所用到的有

2、限元法。分析了在高频条件下，集肤效应和临近效应对变压器绕组损耗的影响，并分别介绍了磁性材料的磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。以实际的高频变压器模型为背景，建立变压器损耗的三维等截面积仿真模型，采用有限元法对变压器铜损进行数值求解。模拟分析次级绕组段间距、初级绕组以及磁芯漏磁对次级绕组损耗的影响，并引入了矩形导线和圆导线之间的等效因子。分析表明，在考虑次级绕组段间距、初级绕组以及磁芯漏磁后，高频变压器的次级铜损值246．09W，远大于Dowell模型的理论计算值107．50W，这为变压器铜损的进一步优化提供了参考。在考虑各种因素对变压器损耗的影响后，利用等截面积模型和等高度模型对实际变压器进行等效

3、，模拟表明，两种等效方式下的绕组具有相同的损耗。论文还对具有相同磁芯截面积的矩形磁芯和E形磁芯的变压器绕组损耗进行了对比，同时还给出了变压器漏磁在油箱中产生的附加损耗值。在此变压器模型下，分析了绕组损耗随变压器层数和绕组高度的变化关系，得出了变压器绕组损耗的最优值。关键词：高频；变压器；集肤效应；临近效应；有限元法西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页曼皇舅舅II；III皇曼皇皇曼曼舅曼曼曼曼皇曼舅舅曼曼曼曼曼孽曼皇曼璺曼舅曼曼皇量曼曼曼曼曼l寡鼍量寰曼曼曼AbstractWiththecontinuousdevelopmentofpowertechnology，high—frequencya

4、ndhighpowerdensityswitchingpowersupplysystemhasbecometheresearchanddevelopmenttrends·Transformeristhecorecomponentofswitchpowersupply，itisallimportantfactortotheswitch-power-supply’Sperformanceandstability,alongwithincreasingoftheoperatingfrequency,thestructureofthetransformerisbecomemoreandmorecomp

5、act,high．frequencyeffects(includingskineffectandproximityeffect)tomakethewindinglossincrease．WindinglossofTransformerCaneasilycausepartialoverheatingandt2Arfffllburningofthetransformer,SOgivethewindinglossvalueexactlyofthetransformerhasimportantengineeringsignificance．Issuesarestudiedinthispaperseem

6、stobesteady-statealternatingelectromagneticfieldproblems．So，thisarticlebeginwiththeMaxwellequationsanddescribestheseeminglystablealternatingelectromagneticfieldtheoryandanalysisoftheproblemusedfiniteelementmethod．Analysisofskineffectandproximityeffectonthelossofhighfrequencytransformerwindings，intro

7、ducedthetypeofironlossincorematerialandthemechanismoftheformation．Inthispaper，three．dimensionalelectromagneticanalysismodelofhigh—frequencytransformerisbuilt，usethefiniteelementmethodtodonumericalsolu