摘要：电力电子变压器的技术革新一直以来都是电力行业中一个具有挑战性的热门课题。传统电网系统使用的工频电压器智能体系不足、体积巨大、缺少直流变化接口等问题，直接引起了国内外学者重视，关于电力电子变压器电力系统控制方面的技术创新和性能的提升研究越来越多。电力电子变压器引进不但具备了工频电压器的各项功能，并具有可操作性强、灵活性高和多重直流变化接口等特点。不仅有效解决了电网中一些功能滞后的问题，为未来变压器电力系统的控制提供了方向。电力电子变压器的电力系统控制作为一项重要技术，仍需进一步深入探讨。对于PET的保护装置方面、高压直流侧取电方面、PET的优化方面和变压器的稳定性控制等方面扔需进一步的深入。
关键词：PET；MFT；拓扑结构；直流微电网
大功率中频变压器的研发概述
大功率中频变压器的研究有很多方面，如，磁芯材质的选择、绝缘处理、绕组装置构成及大小尺寸、磁芯的设计外形等。优化设计MFT的目的是为了使得变压器在限定的参数或不同环境种，提高变压器在重量、体积以及外观上的性能，增加效率，同时还实现变压器对杂散参数的优化。
1.MFT磁芯与绕组
1.1磁芯
当今，国内外常用的磁性材质原件有坡莫合金、软磁铁氧体、硅钢、非晶合金以及纳米晶合金等。选择磁芯需具备低损耗、磁感应线饱和、切割与运输方便和在高温下能够保持稳定等特点。磁芯结构是影响大功率中频电压器性能的一个重要方面。至今，磁芯结构主要有四种类型，即矩阵类型（英文为matrix type），芯类型（英文为core type）,壳类型（英文为shell type）和同轴绕组类型（英文简称为CWT），
1.2绕组基本概念及其设计
绕组是变压器核心部件中至关重要的一部分，它的优化设计和发展对大功率高频电压器整个性能起着相当重要的作用，所以，MFT的设计需要考虑到方方面面的因素。经研究表明，影响绕组设计优化的因素主要有绕组的规格、填充系数、损耗率、散热方面、绝缘处理方面以及绕组尺寸等。一般情况下，绕组由下面几种形式构成：多股利兹类导线、普通圆形导线和铜箔带等等。圆导线横截面面积大，当应用到大电流厂时，会使磁芯出现集肤效应和邻近效应等情况，造成电流消耗大、能源浪费的问题。
1.3 MFT优化设计
1.3.1 MFT设计流程。大功率中频电压器的优化设计需要全面考虑各种影响因素，包括的方面有：绕组的构成、绝缘的处理、磁性材料的选择以及磁芯的外向设计。MFT的设计方向应以设计的需求，按照规范的要求和电网系统的参数要求，达到MFT电容量大、体积小、重量小但性能最佳，效率最高为目标。详细的参数限定包括温度最高、绝缘电压以及漏感许容量等。
1.3.2变压器中间级的绝缘处理。大功率中频电压器的设计需要考虑到绝缘电压这一影响因素。在第一章介绍中，电力电子变压器的大功率中频设备，该设备高电压为35kv，低电压为10kv，则绝缘电压就是35kv。MFT的研发和设计必须要考虑道的因素有：高压绕组部分和磁芯部分的最小绝缘电压一定要保证小于35kV，低压绕组和高压绕组绝缘电压（35kV）限制、低压绕组相互之间的最小绝缘电压（3kV）限制、低压绕组和立柱之间的绝缘电压最小不能小于3kV、高压绕组相互之间的绝缘最小电压限制。电压绕组最小距离的公式为：
，
该公失中绝缘电压用Vins表示，绝缘材料用Eins来表示，电压的安全度用V来表示。
1.3.3热模型和冷却系统设计。变压器的最高温度需要控制在可控的范围内，所以散热器的散热装置必须好好的优化设计，来达到对磁芯和绕组产生热量的散热，这三种散热器的散热方式有各自的特点，大功率的C类磁芯，它的散热装置可以安装在磁芯的上端或下端来进行产生的热量的散热。大功率中频电压器获取温度的数值是通过热模型，为了方便热量的计算和分析，我们首先来假设磁芯和绕组之间的热量是均匀的分布在两者之间，只考虑静态热量，不考虑其他因素产生的动态热量（可以忽略不计）。
1.4 MFT变压器杂散参数控制
1.4.1漏感介绍及控制。大功率中频电压器的激励电压是处在不断的变化中的，如果漏感较大就可能会造成电压的震荡，还会产生较大的开关损耗，还可能损坏开关。所以需要严格控制漏感的大小，降低因漏感的产生而损坏开关和能耗等。
漏感的产生是由绕组和磁链相互之间耦合不充分导致的，假设高压绕组和低压绕组都是由铜箱绕组组成。由磁芯存储的能量Ww代表漏感能量大小，其表达式如下：
上述表达式中，B表示磁感应线的强度，Vw代表磁芯窗口的体积大小；Lleak表示低压一侧的漏感值，H表示的是磁场的强度，I1rms表示低压侧一侧电流的有效值大小。上述表达式中的各项意义如下：高压与低压绕组绝缘处理部分之间的能量、绕组相互之间存储的能量，两绕组部分存储的能量。
1.4.2分布电容。大功率中频电压器本身电容量较大，当遇到高压匝数也较多的情况时，变压器电容的分布（distributed capacitance，英文简称为DC）则会直接影响大功率中频电压器正常的工作。分布电容的安放会直接影响到共模电流，进一步会影响到电磁的正常运行。因此，科学的和合理的分布电容的模型能够使得大功率中频电压器的性能进一步优化，性能也更加优越。分布电容有多种不同对应的绕组组合，如不同绕组之间、绕组和磁芯之间、不同层绕组之间、不同绕组的匝和匝之间等。电场强度的变化会随着分布电容不同组合的变化而变化，进而产生不同形式的分布电容。
结束语
本文阐述了大功率中频电压器的一些原理和特点，首先介绍了MFT的磁芯，如何选择磁芯的材料，包括硅钢、软磁铁氧体、坡莫合金、非晶合金和纳米合金；常用磁芯的类型，包括芯类型、壳类型、矩阵类型以及同轴绕组类型；然后阐述了大功率中频变压器的绕组，绕组类型的构成，包括普通圆形导线、多股利兹类导线以及铜箔带。最后是大功率中频变压器的优化设计，从磁性材料的选定，磁性外形的设计，绕组的构成，绝缘的处理等，再经过不断反复的实验和和设计才能确定最终的参数。大功率中频变压器再设计的过程中，还需要考虑的几个方面，变压器的中间级的绝缘处理、散热装置的设计、热模型、冷却系统设计、漏感以及磁通量等。分布电容中介绍了，形同绕组和不同绕组之间形成的DC、形同绕组匝间形成的分布电容以及磁芯产生的分布电容。通过对这些参数的研究，为研发大功率中频电压器提供了有力的参考。
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*通讯作者邢云琪
论文作者:李祺圣,邢云琪*
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：绕组论文; 电压论文; 中频论文; 变压器论文; 磁芯论文; 电容论文; 类型论文; 《电力设备》2018年第26期论文;