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《高频高压大功率电除尘电源优化设计》篇一一、引言电除尘器是一种用于净化烟气中的粉尘和有害气体的设备，其核心部分是电除尘电源。
随着工业的快速发展和环保要求的提高，高频高压大功率电除尘电源的优化设计成为了行业关注的焦点。
本文将就高频高压大功率电除尘电源的优化设计进行探讨，以期提高电除尘器的性能，减少能源消耗，实现绿色环保的目标。
二、电除尘电源的现状及问题目前，电除尘电源主要采用传统的工频电源，其运行效率低、能耗高、输出电压不稳定等问题逐渐凸显。
随着电力电子技术的发展，高频高压大功率电除尘电源的研发和应用成为了趋势。
然而，在实际应用中，仍存在以下问题：1. 电源输出功率不稳定，影响电除尘器的运行效率；2. 电源体积大、重量重，安装维护不便；3. 电源的可靠性有待提高，易受环境因素影响。
三、高频高压大功率电除尘电源优化设计的必要性针对上述问题，对电除尘电源进行优化设计具有重要意义。
首先，优化设计可以提高电源的输出功率稳定性，从而提高电除尘器的运行效率；其次，优化设计可以减小电源的体积和重量，方便安装和维护；最后，优化设计可以提高电源的可靠性，使其更适应恶劣的工作环境。
四、高频高压大功率电除尘电源优化设计方案为了解决上述问题，本文提出以下高频高压大功率电除尘电源优化设计方案：1. 采用高频化技术：通过提高电源的工作频率，减小电源的体积和重量，提高其运行效率。
2. 数字化控制技术：通过引入数字化控制技术，实现对电源的精确控制，提高输出功率的稳定性。
3. 模块化设计：将电源分为多个模块，方便安装和维护，同时提高电源的可靠性。
4. 智能诊断与保护：通过引入智能诊断与保护功能，实时监测电源的工作状态，及时发现并处理故障，提高电源的可靠性。
五、实施步骤及预期效果实施高频高压大功率电除尘电源优化设计的步骤如下：1. 需求分析：根据实际需求，确定电除尘电源的性能指标和优化目标。
2. 设计方案制定：结合高频化技术、数字化控制技术、模块化设计和智能诊断与保护等技术，制定详细的优化设计方案。
静电除尘用大功率高频高压电源整流器的分析和设计摘要：考虑到绝缘因素，在设计过程中，大功率高频高压变压器的副边绕组往往被分割成多个线包，其输出常采用标准整流、集成整流、二倍压整流三种整流方式。
本文通过对三种方式下副边各个线包的交流电压分量和直流电压分量的比较，得出了集成整流方式和而被整流方式对高压直流电源变压器绝缘老化的延迟有利。
尤其，二倍整流方式采用对绝缘要求和副边绕组的寄生电容减少。
在分析的基础上，采用二倍整流方式，研制出静电除尘用大功率高频高压直流电源。
关键词：大功率高频高压变压器，整流方式，绝缘老化Abstract: High-frequency high-voltage high-power transformer secondary winding is split into multiple line packages: The standardized rectifier, integrated rectifier, and double voltage rectifier. This paper compares the three aforementioned rectifiers, analyses the secondary AC voltage of each line components of the package and DC voltage components. Observed from double and integrated rectifier, the rectification methods are beneficial for high-voltage DC power transformer to delay insulation aging. The use of double voltage rectification and required insulation in secondary windings reduces parasitic capacitance. Design and manufacturing of high-power high-voltage DC power supply are based on of the analysis of using double rectification.Keyword: High frequency high-voltage transformer; Rectification mode; Insulation aging.1 引言作为环境保护的一个重要组成部分，高压静电除尘具有广阔的应用前景。
电力电子课程设计报告------陈晋杰----赵栗杰电力电子课程设计报告设计题目：静电除尘器高频高压电源的设计学生姓名：陈晋杰专业：电气工程及其自动化班级：12电气一班指导教师：凌禹设计时间：目录一、设计题目 (2)二、报告正文 (3)摘要 (3)2.1 高频开关电源供电简介 (3)2.2 高频高压电源主要电路拓补的选择 (4)2.3 整流电路的设计 (7)2.4 波形分析 (10)三、设计总结 (11)四、参考文献................一、设计题目单相、三相可控桥式整流的工程应用————静电除尘高频高压电源的设计随着工业的发展，生产规模的日益扩大，环境污染如水污染、空气污染、废物污染、化学污染、噪音污染、热污染等有日趋严重之势。
粉尘是造成空气污染的主要污染物之一。
支撑我国工业基础的煤炭加工、采矿、电力、冶金、炼油、化工、造纸等工业都是粉尘的排放源。
工业粉尘的大量排放，不仅会危及人体健康和自然环境，在某些情况下还会造成大量贵重材料的流失。
在诸多除尘设备中，静电除尘器不仅具有除尘效率高，处理烟气量大，阻力损失小，能耗小及运行费用低等优点，还可以用来回收有用材料和能源。
因此静电除尘器在工业应用上的研究得到了越来越多的重视。
静电除尘器是当今世界公认的高效除尘设备，对于环境的保护具有及其重要的意义。
高压直流电源作为静电除尘器的核心部件，对于除尘的效率和效果有着决定性的影响。
人们在其基础上做了许多改进，比如研制输入为三相相控整流以提高功率因数；在工频整流供电基础上研制调幅式LC恒流供电电源、间歇电源和脉冲电源以提高除尘器对某些粉尘或除尘环境的除尘能力。
但基于晶闸管调压的低频工作方式的除尘电源，由于其低频工作的本质具有的许多缺点，已成为限制进一步提高除尘器除尘效果的瓶颈。
静电除尘电源高频化的发展也已成为国内外除尘行业的共识，这一方面国外走在了前列。
国内已有中小功率高频静电除尘电源的产品，但目前国内绝大多数主流静电除尘设备所配套的电源功率需要在60—100kW。
基于2SD315AI 的静电除尘用高频高压电源研制鲁通1，马建荣1，陈峰2，曾庆军1（1.江苏科技大学电信学院，江苏镇江212003；2.镇江天力变压器有限公司江苏句容212400）摘要：研制了一种新型的用于除尘系统的大功率高频高压供电电源。
给出了电源主电路和控制电路的设计过程，着重研究了基于2SD315AI 模块的驱动电路设计。
电源的主电路由整流电路、逆变电路、高频变压器和高压整流电路组成；控制电路由主控芯片、升压调理电路、驱动电路和故障反馈电路组成。
实验结果表明文中设计的控制电路及驱动电路工作稳定，性能较好能够满足大功率高频高压除尘电源的需求。
关键词：驱动；IGBT ；高频高压；2SD315AI 中图分类号：TN60文献标识码：A文章编号：1674－6236（2013）02-0104-04Research and development of power supply for high -frequency and high -voltageconversion based on 2SD315AI moduleLU Tong 1，MA Jian -rong 1，CHEN Feng 2，ZENG Qing -jun 1（1.Jiangsu University of Scinece and Technology ，Zhenjiang 212003，China ；2.Zhenjiang Tianli Transformer CO.，LTD ，Jurong 212400，China ）Abstract:A new pattern of high-frequency and high -voltage power supply for electrostatic precipitator is developed in this paper .The main circuit of the power supply together with the control circuit and the driving circle is presented.Focus on the designing of the driving circuit which based on the 2SD315AI module.The system is consisted of rectification circuit ，inverter circuit ，high frequency transformer and high voltage rectification circuit.The control circuit is consisted of the main control chip ，boost circuit ，driving circuit and the fault feedback circuit.The experimental results show that the control and driving circuit can fit the power well.Key words:driving ；IGBT ；high frequent and high voltage ；2SD315AI收稿日期：2012-09-17稿件编号：201209113基金项目：江苏省科技支撑计划项目（BE2012146）作者简介：鲁通（1987—），男，江苏邳州人，硕士研究生。
高频高压变压器的研发与设计摘要:近年来随着电力电子技术的进步，大量应用现代电力电子技术的高频高压电源因其重量轻、安全可靠、体积小、智能化高等各种优点，在雷达、电化学、激光技术、静电喷涂、静电除尘等领域得到了广泛应用。
高频高压变压器作为电源的核心组成部分，发挥了能量转换、安全隔离、升压的作用，其性能参数对电源整机的可靠性、稳定性及效率有着举足轻重的作用。
本文以一种大功率静电除尘用高频高压电源为需求，设计一台输出直流电压80kV、电流1A、频率36kHz的高频高压变压器。
本文针对高频高压变压器的设计需求及电路拓扑，根据LC谐振电路参数，得到高频高压变压器的设计参数，最后进行实验验证。
针对高频高压变压器体积小易击穿、高压高变比下分布电容影响大、整流硅堆均压差等问题，提出了一种多层分段绕组结构整流后再叠压的设计思路。
按此设计思路绕制了高频高压变压器样机及制造了电源整机进行测试，试验参数符合设计要求。
关键词：高频变压器分布参数高压绝缘技术1引言改革开放后我国的经济呈现突飞猛进的态势，但在经济快速发展的同时也带来了环境污染问题，特别是大气污染。
随着经济发展人们对生活环境的要求也越来越高，一个良好的空间环境成了人们的迫切需求。
随着近几年对大气污染的大力整治，空气质量已大幅改善，重雾霾等极端天气也已呈逐年下降趋势。
作为大气污染物的重要治理设备，静电除尘设备以其高净化率、适应性强、维护方便等优点得到广泛应用。
但随着越来越严格的环保政策，早期各种供电电源因技术局限及服役年限的增加开始问题频出，已严重影响达标排放。
市场开始面临需要有一种更先进更稳定更智能的高压电源设备来满足需求，静电除尘电源技术发展开始面临着进一步的升级换代。
研发一种高效率、高可靠性、高稳定性及智能化的高频高压电源既能满足环保要求也将带来巨大的市场需求。
高频高压变压器作为整个项目设计中的难点和重点，变压器的设计参数直接影响到整个电源的各项技术指标，以往的文献资料涉及理论及原理的较多，但真正的系统性的介绍设计实例却很少。
华中科技大学硕士学位论文摘要高频高压开关电源因体积小、重量轻、安全稳定等优点被广泛用于静电除尘器、军事雷达、电子束焊机、激光器等设备仪器中。
高频高压变压器作为高频高压开关电源的重要组成部分，起到了能量传递、升压、隔离的作用，其工作稳定可靠性对开关电源的性能具有决定性作用。
本文以电容器充电电源为实验平台，旨在设计一台性能良好的10kV、12.5kHz、6kW高频高压变压器。
本文对高频高压变压器等效模型及其简化等效模型进行了分析，给出了串联谐振型电容器充电电源的电路结构及参数，通过对充电电源电路进行仿真得到了高频高压变压器的设计参数。
本文从磁芯的选择、绕组导线的选型、绕组结构的设计、绝缘的设计这四个方面详细介绍了高频高压变压器的设计过程。
采用磁芯损耗小、饱和磁通密度大、温度特性良好的铁基纳米晶磁芯作为变压器磁芯；根据载流密度和流过变压器的电流选取满足集肤深度要求的绕组导线；原副边同轴绕制和副边绕组分段分层绕制分别有效减小了变压器漏感和分布电容；采用性能优越的聚酰亚胺薄膜和挡墙胶带分别作为变压器层间绕组和段间绕组的绝缘材料。
在完成高频高压变压器的总体设计后，对其分布参数和损耗进行了理论计算。
有限元法作为一种数值分析方法，因其计算精度高被广泛用于求解工程电磁场问题。
本文采用有限元仿真软件COMSOL对高频高压变压器的分布电容、损耗和温升进行计算。
建立分布电容二维有限元模型，分别对四种副边绕组绕制方案对应的分布电容进行分析，通过仿真分析结果确定了最优绕制方案，实现了分布电容最小和变压器性能最佳；建立三维有限元模型对变压器的损耗进行分析，通过施加电路激励和设置磁场环境，求得变压器的磁芯损耗和绕组损耗；采用有限元中的固体传热模块和层流模块对变压器的温度场进行模拟，通过仿真分析得知，变压器工作时磁芯左侧区域温度最高，最高温升为44.2℃，温升满足工作要求。
本文最后介绍了高频高压变压器的绕制过程和串联谐振型电容器充电电源样机的各部分组成，然后对高频高压变压器的分布参数和损耗进行测试。
《高频高压大功率电除尘电源优化设计》篇一一、引言随着工业化的快速发展，电除尘器在各类生产过程中发挥着重要作用。
而电除尘电源作为电除尘器的核心部件，其性能直接影响到电除尘器的除尘效果和能耗。
因此，针对高频高压大功率电除尘电源的优化设计，对于提高电除尘器的性能和效率具有重要意义。
本文将就高频高压大功率电除尘电源的优化设计进行详细探讨。
二、电除尘电源现状及挑战当前，电除尘电源的设计面临诸多挑战。
随着电力电子技术的快速发展，高频高压大功率电除尘电源在保证高效除尘的同时，还需要满足低能耗、长寿命、高可靠性等要求。
此外，针对不同工况下的电除尘需求，如何实现电源的智能控制和优化设计也是当前研究的重点。
三、高频高压大功率电除尘电源优化设计针对上述挑战，本文提出以下高频高压大功率电除尘电源的优化设计方案：1. 拓扑结构优化：采用高频链式逆变电路，提高电源的工作频率，减小体积和重量，同时提高电源的效率和稳定性。
此外，通过优化电路的拓扑结构，降低电源的能耗，提高其使用寿命。
2. 控制策略优化：采用先进的数字控制技术，实现电源的智能控制和优化。
通过实时监测电除尘器的运行状态和工况，自动调整电源的输出参数，以达到最佳的除尘效果和能耗控制。
3. 材料与器件优化：选用高性能的电力电子器件和绝缘材料，提高电源的耐压能力和抗干扰能力。
同时，通过优化散热设计，确保电源在高温、高湿等恶劣环境下仍能稳定运行。
4. 智能化设计：将人工智能技术应用于电除尘电源的设计中，实现电源的智能化管理和控制。
通过数据分析和模型预测，实现对电除尘器运行状态的实时监测和预测，提高电除尘器的运行效率和可靠性。
四、实验与结果分析为了验证上述优化设计方案的可行性，我们进行了实验研究。
实验结果表明，经过优化设计的高频高压大功率电除尘电源在保证高效除尘的同时，具有较低的能耗、较长的使用寿命和较高的可靠性。
此外，通过智能控制策略的实现，可以实现对电除尘器运行状态的实时监测和预测，进一步提高电除尘器的运行效率和可靠性。
大功率静电除尘用高频高压电源的研制廖谷然;杨北革;薛辉;吕玉祥【摘要】由于工频可控硅电源在静电除尘器领域中使用时的缺点,高频高压电源势必将取代工频电源成为静电除尘器的供电电源.而目前国内研制的高频高压电源的功率一般比较小,难以和主流的静电除尘设备相配套.介绍了采用双串联谐振回路并联的新的拓扑结构,设计出了72 kV/1.6 A的大功率静电除尘用高频高压电源.通过现场实验验证了72 kV/1.6 A高频高压电源的可行性.%Due to the disadvantage of industrial frequency power supply with SCR used in the field of electrostatic precipitator,the high frequency high voltage power supply will definitely replace industrial frequency power supply as the power supply of electrostatic precipitator.And at present the power of high frequency high voltage power supply is small,and hard to match electrostatic dust removal equipment.A new topology of double series resonance circuit in parallel is introduced,and the 72 kV/1.6 A high power high frequency and high voltage power supply for electrostatic precipitator is designed.The feasibility of high frequency and high voltage power supply has been verified by testing it in the real electric field.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2013(036)003【总页数】4页(P397-400)【关键词】静电除尘器;高频高压电源;串联谐振;软开关;数字信号处理【作者】廖谷然;杨北革;薛辉;吕玉祥【作者单位】太原理工大学物理与光电工程学院,太原030024;山西省电力公司大同供电分公司,山西大同037008;山西省电力公司大同供电分公司,山西大同037008;太原理工大学物理与光电工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TM832空气污染直接严重危害人体健康。
静电除尘用高压高频大功率变压器的设计Design of High Voltage, High Frequency and High Power Transformer for Electrostatic Precipitators浙江大学刘军，石健将，何湘宁Email：liujun.zju@，jianjiang@摘要：介绍了静电除尘用高压高频大功率变压器在LCC电路中工作时的设计。
变压器的寄生参数—漏感和绕组电容被用作谐振元件使用，并与一个外加的串联谐振电容组成LCC谐振环。
控制上采用断续电流模式，实现了功率器件的零电流开通和零电流零电压关断。
仿真证明在几乎相同的输出电压下，较小的变压器绕组电容具有较小的谐振电流峰值，因此在采用了分段结构的变压器设计以减小变压器绕组电容。
寄生参数的理论计算和实际测量值间的误差小于15%，因此可以用于谐振元件的优化设计来满足电路的需求。
设计了具有60kV和60kW的高频变压器和相应的LCC谐振变换器，给出了实验结果。
Abstract-The design of a high voltage, high frequency and high power transformer is introduced considering its operation in the LCC resonant converter. The leakage inductance and winding capacitance of the transformer are used as the resonant elements. An additional series resonant capacitor is added to form the LCC topology. The discontinuous current mode (DCM) is adopted to achieve the ZCS turn-on and ZVZCS turn-off of the power switches. Smaller value of the winding capacitance is preferred because it has the effect of decreasing the peak value of the resonant current at almost the same output voltage. The theoretic calculation of the winding capacitance and leakage inductance of the transformer is given. The error between the theoretical calculation and practical measurement is within 15%. So optimization design of the parasitic resonant elements can be achieved to meet requirement of the circuit. A prototype of LCC resonant converter with 60kW and 60kV output is built based on the designed transformer. Experiment results are given.关键词：变压器，高压，高频，大功率，LCC，谐振，软开关，绕组电容，漏感Keywords：transformer, high voltage, high frequency, high power, LCC, resonant，soft switching, winding capacitance, leakage inductance1.引言高压高频大功率变压器广泛应用于环境保护之中，例如静电除尘用于大气的保护、污水处理实现水质的净化、等离子体处理织物用以减小染料的使用等等[1,2]。
大功率静电除尘用高频高压电源的研制廖谷然1，杨北革2，薛辉2，吕玉祥1（1. 太原理工大学物理与光电工程学院，山西太原 030024；2. 山西省电力公司大同供电分公司，山西大同 037008）摘要：由于工频可控硅电源在静电除尘器领域中使用时的缺点，高频高压电源势必将取代工频电源成为静电除尘器的供电电源。
而目前国内研制的高频高压电源的功率一般比较小，难以和主流的静电除尘设备相配套。
本文介绍了采用双串联谐振回路并联的新的拓扑结构，设计出了72KV/1.6A的大功率静电除尘用高频高压电源。
通过现场实验验证了72KV/1.6A高频高压电源的可行性。
该电源对静电除尘设备新建或改造时降低成本和维护费用有着实际的意义。
关键词：静电除尘器；高频高压电源；串联谐振；软开关；数字信号处理Development of a High-power High Frequency and High Voltage PowerSupply for Electrostatic PrecipitatorLIAO Gu-ran1，Y ANG Bei-ge2，XUE Hui2，LV Yu-xiang1（1. College of Physics and Optoelectronics，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China；2. Shanxi Datong Electric Power Supply Company，Datong 037008，China)Abstract: Due to the disadvantage of industrial frequency power supply with SCR used in the field of electrostatic precipitator. The high frequency high voltage power supply will definitely replace industrial frequency power supply as the power supply of electrostatic precipitator. And at present the power of high frequency high voltage power supply is small, and hard to match electrostatic dust removal equipment. This paper introduces a new topology of double series resonance circuit in parallel, designs the 72KV/1.6A high power high frequency and high voltage power supply for electrostatic precipitator. The feasibility of high frequency and high voltage power supply has been verified by testing it in the real electric field. This power supply has a practical significance to reduce cost and maintenance cost of new electrostatic dust removal equipment or renovation project.Keywords: electrostatic precipitator，high frequency high voltage power supply，series resonance，soft switching，Digital Signal Processing0 引言空气污染直接严重危害人体健康。
静电除尘用高压高频大功率变压器的设计Design of High Voltage, High Frequency and High Power Transformer for Electrostatic Precipitators浙江大学刘军，石健将，何湘宁Email：liujun.zju@，jianjiang@摘要：介绍了静电除尘用高压高频大功率变压器在LCC电路中工作时的设计。
变压器的寄生参数—漏感和绕组电容被用作谐振元件使用，并与一个外加的串联谐振电容组成LCC谐振环。
控制上采用断续电流模式，实现了功率器件的零电流开通和零电流零电压关断。
仿真证明在几乎相同的输出电压下，较小的变压器绕组电容具有较小的谐振电流峰值，因此在采用了分段结构的变压器设计以减小变压器绕组电容。
寄生参数的理论计算和实际测量值间的误差小于15%，因此可以用于谐振元件的优化设计来满足电路的需求。
设计了具有60kV和60kW的高频变压器和相应的LCC谐振变换器，给出了实验结果。
Abstract-The design of a high voltage, high frequency and high power transformer is introduced considering its operation in the LCC resonant converter. The leakage inductance and winding capacitance of the transformer are used as the resonant elements. An additional series resonant capacitor is added to form the LCC topology. The discontinuous current mode (DCM) is adopted to achieve the ZCS turn-on and ZVZCS turn-off of the power switches. Smaller value of the winding capacitance is preferred because it has the effect of decreasing the peak value of the resonant current at almost the same output voltage. The theoretic calculation of the winding capacitance and leakage inductance of the transformer is given. The error between the theoretical calculation and practical measurement is within 15%. So optimization design of the parasitic resonant elements can be achieved to meet requirement of the circuit. A prototype of LCC resonant converter with 60kW and 60kV output is built based on the designed transformer. Experiment results are given.关键词：变压器，高压，高频，大功率，LCC，谐振，软开关，绕组电容，漏感Keywords：transformer, high voltage, high frequency, high power, LCC, resonant，soft switching, winding capacitance, leakage inductance1.引言高压高频大功率变压器广泛应用于环境保护之中，例如静电除尘用于大气的保护、污水处理实现水质的净化、等离子体处理织物用以减小染料的使用等等[1,2]。
在这些应用中，高压高频大功率变压器是电源系统的关键部分，除了担负着升压、传递能量和安全隔离的重要作用之外，还直接影响到电路的运行。
因此，高压高频大功率变压器的设计显得尤为重要。
但高压高频大功率变压器的设计不同于传统工频大功率变压器，也不同于高压高频小功率变压器，更不同于电力电子开关电源中常规的低压高频变压器。
高频、高压和大功率交织在一起，使得高压高频大功率变压器设计时必须特别考虑高压、高频和大功率工况下变压器内部的电场、磁场和热场[3]。
因此，高压高频大功率变压器的设计涉及到电力电子学、物理学、材料学等交叉学科的研究。
本文主要针对静电除尘用高压高频大功率变压器决定LCC谐振变换器工作特性的关键参数进行分析、研究和设计。
2.工作电路高压变压器应用于高频场合时，寄生参数不容忽视。
因为一方面当变压器高压侧绕组电容值折算到低压侧时需要乘以匝比的平方，由于匝比较大，因此得到的原边等效绕组电容较大；另一方面，为了保证高压变压器高低压绕组间的绝缘强度，两者间距离较大，电磁耦合与低压变压器情况下相比较差，导致漏感较大[4]。
变压器的寄生参数对电路的工作具有较大的影响，引起输入电流的振荡、畸变，改变电路的特性，严重时电路将不能正常工作。
因此，必须采用合适的拓扑和控制方式来避免变压器寄生参数带来的负面作用[5]。
具有容性输出滤波的LCC谐振变换器已经被证明在高压输出的应用场合是一个比较好的选择[6]。
它能够省去高压侧的滤波电感并利用变压器的寄生参数作为谐振参数。
而且静电除尘器可以等效成电阻电容的并联电路，具有天然的容性输出滤波特性。
图1给出了考虑变压器寄生参数时的具有容性输出滤波的LCC谐振变换器的拓扑。
漏感L r和绕组电容C p分别作为电路的谐振电感和并联谐振电容。
本文将设计一个具有60kV/60 kW输出能力的高压高频大功率变压器，用以驱动静电除尘器。
图1 考虑变压器寄生参数时的LCC谐振变换器由于变换器工作在高压高频大功率的条件下，静电除尘器又属于强非线性时变性负载，因此系统的可靠性尤为重要。
本文采用了一种简单的控制方法—断续谐振电流模式（DCM）[7]。
图2给出了DCM下电路典型的工作波形图。
可以看到控制信号的产生非常简单，而且实现了功率器件的零电流开通，零电流零电压关断，减小了开关损耗，降低EMI 噪声，增强了电路的可靠性。
图2 DCM控制方式下电路的典型工作波形3.变压器设计A.工作频率f s的选择高频工作能够减小变压器的体积和重量，但受高压下绝缘距离的限制，更高的工作频率也不能够进一步减小变压器的体积[4]。
而且由于高压高频大功率变压器寄生参数的值较大，其固有谐振频率较低，对工作频率也存在限制。
另外大功率条件下所选用的大功率IGBT模块结电容较大，高频工作室需要较大的驱动功率。
以CM600DU-24NF为例，40 kHz 的工作频率需要 6W的驱动功率，这将给驱动器的选择带来困难。
综合以上因素考虑，最终选择了f s=20 kHz作为工作频率。
B.变压器匝比n的选择直流母线电压由市电三相整流得到，大功率工作时约可达到500V dc左右。
由于输出电压规格为60kVdc,所以变换器总的输出-输入比应为120，其中包含了变压器变比升压和LCC谐振升压两者的综合作用。
通过仿真发现额定负载处LCC谐振升压系数约为1.2左右，实际中把其作为了设计裕量，最终把变压器的匝比选为n=120.C.磁芯选择设计中选用了高电阻率的铁氧体磁芯材料以减小高频下的涡流损耗。
为了满足绝缘距离和绕组体积的要求，选用了大尺寸磁芯EE320，其规格如图3。
实际中选用了两副EE320磁芯并联使用来获得较大的中心柱面积A e ,来减小绕组匝数。
为了减小高频下的磁芯损耗以及防止磁芯在电路启动时进入饱和，铁氧体磁芯的最大磁通密度B max 被限制在0.2 T 。
因此，变压器原边匝数n 1、副边匝数n 2可通过式（1）和（2）计算得到[8]。
41max 104in e sV n B A f ⋅=(1)21120n n =(2)EE320A B C D E F 3202408040125165mm图3 铁氧体磁芯EE320规格采用变压器的漏感作为谐振电感会在磁芯上会引入额外的磁通量增加，从而有可能引起磁芯的饱和，而且漏感值越大，这种可能性越大。
因此，一方面需要采取办法减小漏感，另一方面需要进行核算来确保磁芯不会饱和。
设计中采用了原、副边同心绕制的结构以减小漏感值，经测量实际变压器折算到原边的漏感值为L r =3.5μH 。
图4给出了60kV/60 kW 输出下原边谐振电流仿真波形，其中谐振电流峰值i peak =300 A 。
由漏感引起的磁芯磁通量增加的最大值可由式（3）计算得到△B=0.03T [8]。
与B max 相比很小。
另外上述分析并未考虑到激磁电感和漏感两者引起磁通量增加的相位关系，而仅仅以最坏的情况—最大值叠加来进行了简单的计算，因此可忽略漏感对磁芯饱和的影响。
1r peakeL i B n A Δ=(3)图4 原边谐振电流的仿真波形D. 绕组和导线设计副边绕组电容在电路运行中起着重要的作用。
图5给出了不同绕组电容C p .值、相同的其它条件下电路输出电压和变压器原边谐振电流的对比仿真波形。
尽管在相同的负载条件下输出电压几乎相同，但原边谐振电流峰值相差较大。
绕组电容小的电路，原边谐振电流峰值较小。
因此，变压器设计中需要采取特殊的绕组结构来减小副边绕组电容，但同时仍需满足绝缘要求。
实际中，变压器绕组采用分槽结构，高压绕组分别缠绕在n slot 个槽内，每个槽内分n layer 层。
一方面槽与槽的电容是串联形式能够极大的减小总的体绕组电容；另一方面每个槽内电压仅为输出电压的1/n slot ,每层电压为输出电压的1/（n slot ·n layer ），极大的简化了变压器的耐压设计。
图6给出了变压器的绕组结构。
(a) 输出电压(b) 变压器原边谐振电流图5不同绕组电容C p时的电路仿真波形变压器原边采用0.2mm的铜箔，占窗率好，漏感小。
因为变压器设计中不存在气隙，因此由边缘磁通引起的涡流损耗很小。
图6 变压器绕组结构E.绝缘材料选择由于变压器油具有较高的绝缘强度和热传导系数，因此实验中作为变压器的封装介质。
变压器油不仅作为原副边间的绝缘介质，而且在其间流动，非常有利于原边绕组的散热。
层间绝缘材料的选择无论对绝缘还是绕组电容值的大小和稳定性都非常重要，主要需满足以下几个要求：a)足够高的绝缘强度；b)较低的介质损耗系数来减小高频下的介质损耗；c)良好的导热性能以平衡绕组内外层的温度；d)较低的介电常数以减小绕组电容；e)对热不敏感，保持寄生参数的稳定性。
