抢鲜看｜《电工技术学报》2022年第24期目次及摘要

“宽运行范围高效谐振功率变换技术”专题

专题特约主编寄语

特约主编：王懿杰教授；管乐诗副教授

特谐振功率变换技术由于其软开关特性已广泛应用于新能源、储能、航空航天等领域，为电能的高效变换与利用起到关键作用。但谐振功率变换器面临着较宽运行范围的挑战。为此，《电工技术学报》策划“宽运行范围高效谐振功率变换技术”专题，分享学习专家学者的研究成果。王懿杰教授和管乐诗副教授担任该专题的特约主编，并邀请到马澄斌教授、孙凯副教授、沙德尚教授、张之梁教授、陈宇教授和张欣研究员担任特邀副主编。

此次专题征稿得到专家学者们的积极响应，收到多篇投稿，经过评审专家评审后，决定采纳其中10篇优秀论文予以刊登。相关研究内容主要为以下几个方面：

（1）超高频谐振功率变换器综述：参数设计和匹配网络优化拓展了超高频谐振功率变换器的工作范围。《宽负载范围超高频功率变换技术：谐振参数设计与匹配网络构建》介绍参数设计方法并讨论阻抗变换与压缩网络结构，为后续相关研究提供参考。

（2）LLC谐振功率变换器研究：LLC作为最常见谐振拓扑，在航空航天、电动汽车等领域广泛应用。《星载1MHz GaN LLC变换器低反向导通损耗控制》提出应用于LLC变换器一次侧开关管的低反向导通损耗控制，通过调整死区缩短GaN器件反向导通时间；《基于二阶拟合模型的SiC双向LLC数字同步整流控制》提出基于二阶拟合模型SiC双向LLC数字同步整流控制，通过跟踪负载和开关频率变化实时计算同步整流导通时间；《LLC平面变压器绕组损耗与漏感改进有限元计算方法》针对平面变压器绕组损耗与漏感参数，提出针对线性方程组构建与求解过程计算与存储资源的节约方法。

（3）其他先进谐振功率变换器研究：《模块化多电平谐振变换器多自由度调压控制及子模块电容均压方法》提出一种适用于中压宽范围输入的模块化多电平谐振变换器多自由度调压控制方法；《谐振开关电容变换器磁集成电感设计》设计中柱不开气隙的解耦磁集成电感，并采用完全对称绕组以提高多个电感的参数一致性；《电压不匹配运行条件下双有源桥变换器的效率优化方法》针对双有源桥提出一种零电压开通-电流应力优化算法；《基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器》提出一种基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器。

（4）谐振功率变换技术先进应用：《模块化多端口无线电能DC-DC变换器建模及其多向功率流解耦控制策略》提出一种模块化多端口无线电能DC-DC变换器架构和电压功率混合解耦控制策略；《基于开关可控电容和半控整流桥的功率源型感应式耦合电能传输系统》提出一种单级功率源型感应式耦合无线电能传输系统和协同控制开关可控电容和半控整流桥的方法。

衷心感谢各位专家学者将最新研究成果投稿本专题，感谢各位审稿专家的辛勤劳动以及《电工技术学报》编辑部的专辑策划和细致工作，相信此次专题征稿活动能进一步推动“宽运行范围高效谐振功率变换技术”的研究和应用。

宽负载范围超高频功率变换技术：谐振参数设计与匹配网络构建

作者：管乐诗；刘畅；王懿杰；徐殿国

摘要：随着电力电子技术的不断发展，超高频（30～300MHz）功率变换器逐渐成为研究热点。超高频功率变换器能有效减小系统无源元件的数值与体积，极大地提高系统的功率密度。传统的研究主要针对固定负载进行逆变器的参数设计，且基于此方法设计的变换器参数敏感度很高，然而实际场景下逆变器的负载会在一个宽范围内变化，这就对超高频变换系统的高效运行提出了挑战。该文主要针对这种宽负载超高频变换系统的谐振参数与匹配网络进行综述，介绍并比较目前超高频功率变换器的参数设计方法，同时讨论分析适用于超高频功率变换器的阻抗变换与压缩网络结构，为宽负载范围超高频功率变换器高效运行的后续研究提供理论参考。

星载1MHz GaN LLC变换器低反向导通损耗控制

作者：杨勇；宋大威；顾占彪；徐森锋；张之梁

摘要：氮化镓（GaN）器件反向导通压降一般超过1.8V，400W 1MHz LLC变换器一次侧GaN器件反向导通损耗超过单管总损耗15%。该文提出一种应用于1MHz星载GaN LLC变换器一次侧开关管的低反向导通损耗控制，根据GaN器件结电容放电时间调整死区，在保证实现零电压软开关（ZVS）的前提下缩短GaN器件反向导通时间以降低反向导通损耗。所提控制基于数学模型，对GaN器件等效输出结电容与LLC死区内谐振电流进行推导，计算LLC一次侧GaN器件结电容放电时间作为不同工况下死区调节依据。使用抗辐照GaN器件搭建400W 1MHz LLC变换器原理样机，验证所提死区控制。与固定死区（100ns）策略相比，一次侧GaN器件的单管损耗在10%负载与满载下分别降低32%与16%，整机效率分别提高1%和0.2%。

基于二阶拟合模型的SiC双向LLC数字同步整流控制

作者：李浩然；崔超辉；王生东；张之梁；胡存刚

摘要：传统LLC同步整流控制采用高频信号检测的方法，易受高dv/dt影响导致占空比丢失，导通损耗增大；而直接给定占空比的方法，无法跟随负载变化，宽负载范围下导通损耗急剧上升。该文提出基于二阶拟合模型的SiC双向LLC数字同步整流控制，跟踪负载和开关频率的变化，实时计算同步整流导通时间。LLC一次侧和二次侧开关管开通时刻一致，同步整流管关断时刻由所计算的同步整流导通时间决定。在宽负载范围内实现了低导通损耗，无需检测高频信号，抗干扰性强。该文分析当谐振电感和输出等效电阻存在10% 误差时，同步整流导通时间误差最大仅为2.73%。搭建6.6kW SiC双向LLC充电机实验样机，实验验证了所提同步整流控制的有效性。相比于传统LLC同步整流控制，所提控制正向满载6.6kW下效率提高了0.36%，反向满载3.3kW下效率提高了0.29%。

LLC平面变压器绕组损耗与漏感改进有限元计算方法

作者：赵志刚；张学增

摘要：有限元法常被用于平面变压器绕组损耗、漏感等参数的精准计算。然而，受到计算与存储成本的限制，在设计周期较为紧张的条件下，可精确计算的设计方案数量有限，增加了将局部最优点选为最终设计方案的风险。为缩减有限元法的计算与存储成本，该文针对有限元法资源占用较大的线性方程组构建与求解这一过程进行改进。首先，通过分析平面变压器磁场强度分布规律，依据边缘效应影响强弱，将求解区域划分为强边缘效应区域与弱边缘效应区域；其次，引入更为契合弱边缘效应区域的一维线性单元，从而减少描述求解域场量的节点数与单元数，进而减少线性方程组系数矩阵阶数，达到节约计算与存储资源的目的；再次，通过调节相邻单元节点分布规律，解决由于引入一维线性单元而产生的单元兼容、系数矩阵构建等问题；最后，搭建平面变压器模型，通过对比绕组损耗、漏感的实验值与计算值以及对比该文方法与有限元法计算、存储成本，验证了该文方法的有效性。

模块化多电平谐振变换器多自由度调压控制及子模块电容均压方法

作者：盛景；陈聪；向鑫；李楚杉；李武华

摘要：模块化多电平谐振变换器（MMRC）因具备模块化多电平拓扑和谐振电路的共同优点而在中压领域得到广泛研究，但在宽范围输入下的配用电场合，针对该拓扑的高效调控方法仍缺少相关深入探究。为此，该文提出一种适用于中压宽范围输入的模块化多电平谐振变换器多自由度调压控制方法。首先，分析开关频率和调制比应用于电压增益调节的效果和特点。接着，结合调频和调制比两种控制自由度提出多自由度组合的宽范围调压方法，并且揭示变调制比控制引发的子模块电容电压波动大的问题，针对性地提出一种监督式电容均压算法以降低纹波。最后，基于输入电压8～16kV、输出功率60kW的实验样机验证所提调控方法的有效性，并实现了全输入电压范围满载效率大于96%，子模块电容电压纹波幅值降低60%。

谐振开关电容变换器磁集成电感设计

作者：李紫薇；吴学智；王静；祁静静；荆龙等

摘要：谐振开关电容变换器（SCC）因可实现零电流开关、减小开关损耗和提高功率密度而广泛应用于数据中心、电动汽车等高功率密度和增益比场合，电感元件作为其重要组成部分是影响变换器提高性能的关键因素。为解决变换器前后级谐振电流不等而导致的解耦困难问题，该文设计一种中柱不开气隙的解耦磁集成电感。在研究电路工作原理的基础上，通过对偶分析法分析并与耦合磁集成相比得出，中柱不开气隙的解耦磁集成方法电感耦合度更高、且能够实现两级解耦。变换器谐振参数不对称会导致前后级谐振周期不一致，该文采用完全对称绕组以降低绕组对磁性参数的影响，保证多个电感参数的一致性。最后制作实验样机，验证了所设计的谐振SCC磁集成电感的合理性和有效性。

电压不匹配运行条件下双有源桥变换器的效率优化方法

作者：杨向真；王锦秀；孔令浩；杜燕；张涛

摘要：通过对双有源桥（DAB）变换器全部开关管的零电压开通（ZVS）控制，同时兼顾对DAB变换器的电流应力进行优化，来提升DAB变换器在输入输出电压不匹配运行条件下的整机效率。首先详细分析DAB变换器实现ZVS的电感电流约束条件，并获得传输功率范围；对比分析升压和降压运行场景下的软开关约束条件对传输功率的影响，以软开关功率范围最大为指标优选移相控制方式；然后基于优选的移相控制方式，为了进一步降低开关管的电流应力，提出零电压开通-电流应力优化（ZVS-CSO）算法，求解得到ZVS区域内电流应力最小时对应的移相比，并从理论上对比验证了优化效果；最后在StarSim硬件的环平台以及实物平台上对所提优化算法的有效性进行了验证。

基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器

作者：陈孝莺；许国；韩华；熊文静；粟梅

摘要：该文提出一种基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器，并对其进行深入研究。该变换器采用定频脉冲宽度调制控制，其在一次侧桥臂增加了辅助电感和辅助电容，通过调节一次侧桥臂驱动信号的占空比可以改变桥臂中点之间的电压幅值，继而可以调节变换器的电压增益。通过合理的参数设计，变换器的谐振电流工作在断续模式，因此不存在无功电流。同时，该变换器的所有开关管皆可实现软开关，减小了开关损耗。该文首先对变换器的工作原理及开关模态进行分析；然后结合变换器的工作特性，推导变换器的电压转换增益、软开关条件以及断续工作的条件，并且提出一种参数设计方法；最后研制了一台1 000W的样机来验证变换器的可行性与理论分析的正确性。

模块化多端口无线电能DC-DC变换器建模及其多向功率流解耦控制策略

作者：宋钊；刘明

摘要：多端口无线电能DC-DC变换器（MWiDC）具备实现可灵活扩展的高效率多端口功率变换的潜力，但其系统建模与功率流控制缺乏一般性理论。为扩充相关理论，该文提出一种模块化MWiDC架构。首先，建立MWiDC的一般性数学模型。在此基础上，提出一种电压功率混合解耦控制策略，并给出该策略下闭环系统直流增益、高频特性和稳定性的数学证明。作为比较，该文对不解耦直接控制策略也进行理论分析，此时闭环系统过于复杂，其稳定性有待证明。最后，以一台三端口原型机为例进行硬件实验及仿真分析。实验结果表明，在不同输入/输出配置或线圈偏移工况下，原型机能实现零电压开关，系统效率可达91%。仿真结果表明，两种控制策略都能实现电压功率混合控制，但解耦控制策略具有更强的抗干扰性。

基于开关可控电容和半控整流桥的功率源型感应式耦合电能传输系统

作者：黄智聪；邹博维；黄振威

摘要：该文提出一种单级功率源型感应式耦合电能传输（ICPT）系统，该系统的输出功率在负载发生变化时可以保持恒定。相较于传统电流源型或电压源型ICPT系统，该ICPT系统具有可编程配置的功率源输出能力，实现更宽的输出范围，可以兼容适配不同规格电池模组或超级电容充电。该功率源型ICPT系统在一次侧采用LCC补偿结构，二次侧包括串联一个开关可控电容（SCC）以及一个半控整流桥（SAR）。该文还提出一种协同控制SCC和SAR的方法，实现ICPT系统二次侧工作在谐振的状态，以及可以通过配置二次侧等效负载阻抗实现可调输出功率。由于控制方案是基于固定工作频率和二次侧实时调节，所以无需一次、二次侧无线反馈通信。此外，该单变换器级ICPT系统的开关器件始终工作在软开关模式，减少了开关损耗。最后，通过对ICPT系统进行仿真分析和实验验证，证明了ICPT系统及其控制方法的可行性。

电工理论

磁共振成像磁体无源匀场改进策略及实验研究

作者：曲洪一；刘鑫；王晖；刘建华；王秋良

摘要：无源匀场用于修正磁共振成像磁体不均匀的磁场，是一个非常耗时的过程，包括磁场测绘、优化分析、方案制定、工程实施等步骤。由于存在不可避免的计算误差，无源匀场需要多次重复以上步骤（迭代）才能获得满足要求的高均匀度静磁场，目前相关研究主要集中于优化模型的构造或求解算法的改进，研究手段通常是数值模拟法，忽略了匀场实践中遇到的问题，更没有基于匀场过程工艺的优化。为了提高匀场的性能和效率，该文提出了一些磁共振成像（MRI）磁体无源匀场技术的改进策略：测量多个样片的实际磁场以校正磁化场计算；以目标磁场为变量构建线性优化模型；采用“奇偶”匀场法减少匀场系统的拆装次数。最后，在一台1.5T MRI超导磁体上实施了改进的无源匀场技术验证实验，结果显示，仅通过两次迭代即可获得满足成像要求的磁场均匀度，并且在第三次迭代后达到设计值。与改进前的实验结果相比，新的匀场策略具有显著的成效。

无线电能传输磁耦合系统Litz线圈交流电阻精确评估方法

作者：陈庆彬；范峰；汪金帅；陈为；邓小龙

摘要：无线电能传输（WPT）磁耦合系统的绕组损耗是影响WPT系统效率的重要组成部分，但目前绕组损耗（尤其是Litz线的绕组损耗）缺乏有效的评估方法。该文提出一种绕组交流电阻评估新方法，该方法通过小信号测量仪器测量得到WPT磁耦合系统的电参数，同时通过磁心损耗计算（或有限元仿真）的方式提取测量激励信号下磁心附加损耗电阻，实现绕组交流电阻和磁心附加损耗电阻的分离。该方法不仅适用于WPT磁耦合系统，同时也适用于气隙电感绕组交流电阻的评估。基于三维气隙电感的绕组交流电阻有限元仿真结果与该文方法的评估结果误差小于5%，验证了该文方法的有效性和可行性。最后，搭建一台2kW的WPT系统样机，通过差值功率验证了所评估的Litz线圈交流电阻的正确性。

无线电能传输系统带双层有界磁屏蔽任意位置圆形线圈的耦合系数计算

作者：李中启；林志远；杨鹏；易吉良；黄守道

摘要：耦合系数是无线电能传输系统的关键参数之一，准确的耦合系数计算是优化无线电能传输系统结构和提高传输效率的重要理论依据。目前还没有带双层有界磁屏蔽任意位置圆形平面螺旋线圈之间的耦合系数计算方法。为此该文通过麦克斯韦方程组推导出双层有界磁屏蔽条件下的矢量磁位表达式，利用边界条件及空间几何关系得到任意空间位置的耦合系数公式。与传统的近似计算方法不同，该文所提出的耦合系数计算可以对圆形平面螺旋线圈间的耦合系数进行精确的数值求解。最后，以两个圆形平面螺旋线圈间多种相对位置的变化情况为例，计算值、仿真值与实验值吻合良好，验证了所提计算方法的正确性。

机器人随机位置下动态无线供电阵列式发射模组优化设计

作者：薛明；杨庆新；章鹏程；郭建武；侯虎

摘要：为群智能行为研究和货物分拣场景中随机移动的多机器人实时补给电能，满足其不间断工作的需求是一个重要问题。该文提出一种基于有效耦合区域定量分析的阵列式电磁发射模组优化设计方法，可满足机器人在工作区域任意位置实时补给电能的需求。首先，分析了机器人运动过程中收发线圈存在的耦合情形以及相应的接收功率解析式。其次，提出了以满足机器人额定功率需求为基准，界定有效耦合区域的划分方法，并采用有限元分析方法定量表述了不同激励模式下的有效耦合区域，进而得到阵列式发射模组空间结构排布方法以及相应的线圈激励导通工作模态。最后，搭建了基于2×2阵列发射模组的小功率动态无线供电平台，验证了机器人随机位置动态无线获取电能补给的有效性。

电机及其系统

分段供电双三相永磁同步直线电机电流解耦与扰动抑制

作者：郭科宇；李耀华；史黎明

摘要：为减少电机输入端电压和驱动变流器容量，长定子永磁同步直线电机常采用定子分段方式供电，但是定子分段永磁同步直线电机会产生定子电感不平衡并导致电流耦合、动子过分段造成反电动势扰动和推力波动等问题。首先，推导了分段供电双三相直线电机电流控制环中电感不平衡导致的电流耦合和反电动势扰动的表达式，设计了一种反馈解耦补偿器对电流进行解耦，采用动态相对增益矩阵（DRGA）对参数失配下的解耦程度进行分析。在此基础上，设计一种二阶滑模扰动观测器，对由过分段导致的反电动势扰动与电机参数失配进行补偿，增强了电流环的抗扰特性，实现了精确的电流跟踪，有效降低了电机的推力波动。实验结果验证了电流解耦与扰动抑制有效性。

基于无差拍电流预测控制的永磁同步电机谐波电流抑制策略

作者：谷鑫；鲁金月；王志强；金雪峰；陈炜

摘要：为解决永磁同步电机在运行过程中三相电流发生畸变、谐波含量高等问题，该文提出一种新的谐波电流抑制方法。首先分析了各次谐波电流在对应同步旋转坐标系下的表现形式，并在此基础之上设计了闭环谐波电流检测系统对谐波电流进行提取，最后采用无差拍电流预测控制策略生成补偿电压用于抑制谐波电流。仿真与实验结果表明，该方法可以有效抑制谐波电流，提高电机三相电流的正弦度，并且具有计算简单、易于实现的特点。

电力系统与综合能源

车-桩-网交融技术研究现状及展望

作者：毛玲；张钟浩；赵晋斌；屈克庆；李芬

摘要：电动汽车-充电桩-电网交互和融合发展，是提升电网灵活性与稳定性、促进能源清洁低碳转型、培育电动汽车产业发展新动能的重要途径，国内外学者就电动汽车-充电桩-电网交互与融合技术进行了广泛而深入的研究。本文对相关研究进行了系统性梳理和研究，首先介绍电动汽车-充电桩-电网交融技术研究背景；其次从无序充电、有序充电到V2X三个阶段介绍了电动汽车-充电桩-电网交融技术研究现状；然后从物理层、平台层和融合层三个层次对电动汽车-充电桩-电网交融架构进行归纳，并分析了电动汽车和充电桩联网时所要考虑的传感和通信技术，对目前电动汽车调度技术关键问题进行了剖析，并探讨实现电动汽车-充电桩-电网交融架构的多方灵活交易方式；随后，对典型电动汽车-充电桩-电网交融应用实践做了介绍。最后对电动汽车-充电桩-电网三网交融技术研究进行了展望，旨在为电动汽车-充电桩-电网三网交融技术研究与实施提供参考。

基于行波暂态能量的半波长输电线路高灵敏增强型纵联保护方案

作者：束洪春；刘力滔；唐玉涛；韩一鸣；薄志谦

摘要：半波长输电技术可作为承载大规模新能源外送主干通道的一种选择，其线路中点及远端故障行波弱，同时行波保护技术面临挑战。基于半波长输电线路保护安装处三类母线下的故障行波传输特性分析，将入射波与相邻线路末端反射波能量之比构造一种新型行波方向元件，以增强区内外故障的特征差异，提升区内外故障识别度。借此方向元件建立了基于行波暂态能量的半波长输电线路纵联保护方案。大量雷电冲击电晕仿真测试和RTDS数模混合试验表明，该保护启动灵敏，选择性强，无需双端数据同步，其性能优于传统行波保护。

电力电子

低共模电压双三电平变换器中点电位主动控制调制策略

作者：夏帅；郑京港；陈瑞成；耿乙文；伍小杰

摘要：开绕组负载双端级联是实现多电平的有效方法，其冗余特性可提高系统的可靠性。双三电平变换器级联可得到五电平变换器的输出特性，将五电平调制算法应用于双三电平变换器，计算量大、实现复杂。该文提出一种由单三电平虚拟矢量调制算法直接扩展到双三电平的解耦调制实现方法，不仅可完全消除共直流母线拓扑的零序电压，还可将系统的共模电压幅值抑制到直流侧电压的16.7%。修正单三电平中点电位控制的中点电流，通过单三电平调制算法实现双三电平变换器的中点电位主动控制，有效加快中点电位调节速度，所提双端级联多电平变换器调制策略可以保持和单三电平变换器调制相同的计算量。仿真和实验结果表明，该文所提由单三电平虚拟矢量调制算法直接扩展到双三电平变换器的解耦调制策略，可在全调制度、任意负载功率因数下，完全消除零序电压，有效抑制共模电压，并实现中点电位的主动控制。

基于交错并联Boost变换器的耦合电感综合建模与多目标优化方法

作者：马小勇；王萍；王议锋；陶珑；杨绍琪

摘要：为实现电感体积与变换器效率的双重优化，该文基于大功率交错并联Boost变换器，提出一种耦合电感综合建模与多目标优化方法。首先，基于输入电流纹波约束，建立耦合电感电气参数取值的数学模型。其次，优化传统E型耦合电感绕组布局，提出绕组均分的电感设计方案。在此基础上，以耦合电感的关键参数（开关频率、耦合系数以及磁心截面积）为设计变量，建立电感体积和变换器效率的综合模型。以综合模型为基础，通过设计变量的迭代运算，获得效率和电感体积的Pareto前沿，从而为耦合电感的多目标优化提供理论依据。最后，对比制作基于耦合与非耦合电感的20kW实验样机。结果表明，基于耦合电感的实验样机最高效率为98.43%，较非耦合电感提高了0.21%，且耦合以后电感体积下降了32%。

高电压与放电

新型机电混合断路器及其电流转移过程分析

作者：郭兴宇；黄智慧；梁德世；邹积岩

摘要：为降低传统机械式断路器动作过程产生的触头烧蚀、暂态恢复电压与介质恢复过程的竞争、关合涌流等暂态过程的影响，该文提出一种用于配电系统的新型机电混合断路器拓扑结构：双断口真空灭弧室负责通载额定电流，动作时电流转移到与其并联的背靠背大功率整流二极管，由二极管完成开关的零区过程。该拓扑结构可以消除上述合分操作可能产生的暂态过程，且能保持机电开关各自的优势。首先分析新型机电混合断路器的动作过程和原理并进行仿真；然后搭建实验样机，进行机电部分的电流转移特性实验。仿真及实验的结果表明：电流转移的时间受二极管的特性参数影响，存在饱和效应；在本实验条件下的转移电流峰值达到二极管额定电流3倍时电流转移率开始减小，达到5倍时电流转移趋向于饱和；该文给出的拓扑结构在典型参数下能够实现10kA短路电流的微弧甚至无弧分断，断路器的机电混合模式对电力开关的发展具有重要意义。

基于振动信号的高压断路器弹簧疲劳程度检测方法

作者：豆龙江；何玉灵；万书亭；张雄；王晓龙

摘要：针对在运高压断路器时有发生弹簧疲劳故障且传统方法无法在线检测的问题，该文提出一种基于振动信号的高压断路器弹簧疲劳程度检测方法。首先，根据高压断路器的工作原理，对其运动过程能量传递机理进行分析，并将整体进行了质点简化；然后，对振动信号进行滤波处理，结合简化的质点模型，构建不同测点动能的函数关系式，换算得到各个质点的等效能量分布；最后，采用非线性最小二乘法构建出高压断路器能量传递函数，并推算出了弹簧储能值。实验结果表明，利用所提方法计算得到的弹簧储能值检测误差在2.2%以内，验证了所提方法的有效性和准确性，为高压断路器弹簧疲劳程度在线检测提供了一种新的思路。

基于电磁-热-结构多物理场耦合的铁心电抗器线圈结构优化方法

作者：袁发庭；吕凯；刘健犇；周兵；唐波

摘要：以铁心电抗器线圈作为研究对象，以均衡电磁、温升及振动特性，提高金属材料利用率为目的，进行了优化设计。首先采用电磁场-温度场-结构场多物理场耦合有限元方法分析了电抗器线圈的结构参数对电磁、温升及振动的影响。根据分析结果，结合正交试验法对线圈结构进行优化设计，在均衡电抗器电磁、温升及振动特性的情况下使绕组导体用量最小化，获得铁心电抗器线圈的最佳结构参数。为了验证优化设计方法的正确性，将优化前后的模型进行性能比较，结果表明，优化后铁心电抗器线圈的导体用量与优化前相比减少了16.8%，且电感偏差仅为0.6%；线圈的最大温升降低了7.3%，内层线圈的振动位移增加了14.3%，外侧线圈的振动大小不变，满足了电抗器对于电磁、温升及振动的要求。

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