高频高压变压器的参数设计

徐超 付浩 刘瑞娟

摘 要 高频高压变压器在高频电源系统当中，占据重要的地位，是整个系统的关键组成部分，在高频电源系统当中，可以通过高频高压变压器进行升压，并且利用其实现能量的传递，在系统中还能起到绝缘隔离的作用，因此，要对高频高压变压器进行科学参数的设计与研究，以提高其工作效率，进一步确保整个电源系统的安全稳定运行。

【关键词】高频高压 变压器 参数设计

1 前言

本文主要就对高频高压变压器部分参数进行设计与研究，通过对磁性材料的合理选择，进行绕组规格的设计，并对变压器低压侧绕组匝数与漏感进行科学的计算，得出相应的参数设计结果。

2 磁性材料的合适选择

在变压器的磁芯材料当中，使用最早的合金材料之一就是硅钢，主要是因为硅与钢相结合之后有非常巨大的优势，一方面硅加到钢里面之后，可以有效的将磁性材料当中的电阻率降低，另一方面，还能有效的使磁路的涡流损耗降低，同时使材料具有更强的稳定性。还有一种材料，也非常适合磁性材料的选择标准，那就是非晶态材料，这种材料由于其在施加磁场的时候，比较小的磁场就可以带来相对比较大的磁化相应，由于这种特性，在电感以及变压器的设计当中经常被应用，在使用当中也具有高磁感应强度以及高磁导率，而且磁芯损耗相对也会比较低等等优势。

对于磁芯材料的选择，一般要满足以下几点要求：

（1）功率损耗要低。变压器产生的耗损主要就来自铁芯的磁滞，以及涡轮的损耗，还有绕组铜线发热带来的损耗。在实际进行变压器设计的时候，要严格筛选出比较合适的磁通量，如果磁通量太低的话，就会导致绕组匝数相应的增加，且绕组之间的间隙会更少，更加容易造成绕组严重的发热情况发生，发热严重的时候，绕组就要进行散热活动，而散发的热量就传递给了磁芯。当铁损太大的时候，就会使磁芯出现发热状况，同时热量也会相应的传递给绕组。因此，依据多方面的考量，要选择耗损较低并且温度低且升温速度相对较慢的材料。

（2）由于饱和磁通与变压器通过量呈正相关关系，所以，在选择饱和磁通的时候要尽量选择较高的饱和磁通，其可以保证变压器能流过更大的电流，却不会达到磁饱和状态。

（3）选择合理的居里温度。居里温度反应的是磁芯去磁性时候的温度，磁性材料是否稳定主要可以通过居里温度的高低来判断。

通过综合的考量，在高频电材料选择中，能满足以上各方面条件与参数的材料中，最合适的就是铁氧体，因为铁氧体不仅具有高于100℃的居里溫度，工作频率最高可以达到2MHz并且价格也相对适中。选择了合适的磁性材料之后，运用EE240型磁芯来进行变压器的设计，其中EE240的磁芯比例见图1，磁芯规格见表1。

3 绕组规格设计

要进行绕组规格设计，首先就要对集肤效应进行科学的计算，通常会用集肤深度来进行效应的表示：

公式当中δ代表的是集肤深度，μ代表的是导线材料磁导率，ρw代表的是材料电导率温度系数，d代表的是铜箔厚度。

之后进行邻近效应系数的计算，邻近效应是高频电流所产生的交变磁场在相邻导线之间引起涡流，而相应的涡流就会增加电流密度。

通过以上公式，可以进行原边绕组铜箔度di以及铜箔高度hp的确定。原边绕组材料在正常情况下，要选择铜箔，因为铜箔的厚度要比两倍集肤效应穿透深度还要小。通过公式的计算并结合实际波动空间的需求，可以得到di=0.55mm，hp=125mm，lp=2900mm。因此，可以获得铁芯窗口的高度h≥150mm。

4 变压器低压侧绕组匝数计算

依据电压的输出电压波形，并根据具体工作的相关模式，通过AP法进行磁芯面积的计算。同时根据上述研究，我们已经确定使用EE240规格与比例的铁芯，并且已经通过科学的计算确定了相应的窗口高度，此时我们计算之后，就可以得到4.6×10-3m2这样的磁芯截面积。在变压器运行电压最小的状态下，我们可以通过相关公式得出Np=8.6匝的原边距数，取其整数就是9匝。

5 漏感计算

变压器的漏磁场主要是由负载电流所组成的，并且漏磁形成的磁能全都都会和在了漏磁场当中，变压器的楼磁场主要就由漏感进行反映和表现。根据这个原理，我们要计算漏感，可以先进行楼磁能的计算，计算楼磁能，则主要可以通过计算变压器尺寸与统计负载电流数据进行。我们通过将相应的数据参数带入科学的公式当中，经过严密的计算之后，得到变压器的漏感是265mH。

6 设计结果

依据上文选取合适的材料之后，进行合理的绕组规格设计，并对变压器低压侧绕组匝数进行计算得出匝数为9匝，漏感计算得出漏感是265mH。

7 结束语

本文在选择合理的磁性材料之后，进行绕组规格的科学设计，并依据相关公式进行变压器低压侧绕组匝数与漏感的计算，得出一系列的相关参数，为高频高压变压器研究与设计提供参数依据。

参考文献

[1]胡细保，郗亮，谭智勇等.高频高压大功率变压器优化设计方法研究[J].电气工程学报，2016，11（06）：40-47.

[2]李大华.整流变压器绕组漏磁计算及线圈结构优化[D].南昌大学，2015：78-78.

作者单位

1.九江职业技术学院电气工程系 江西省九江市 332007

2.九江职业技术学院工程训练中心 江西省九江市 332007

3.九江职业技术学院电气学院 江西省九江市 332007