芯式電磁結(jié)構(gòu)！高鐵車載牽引變壓器輕量化設(shè)計(jì)的新方法

      中國科學(xué)院電工研究所等單位研究的牽引變壓器電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以新型強(qiáng)化換熱原理為基礎(chǔ)，取消目前使用的具有一定潛在風(fēng)險(xiǎn)的可燃性變壓器絕緣油，通過提升工質(zhì)冷卻能力實(shí)現(xiàn)提高功率密度和結(jié)構(gòu)緊湊度。由于牽引變壓器采用緊湊體積結(jié)構(gòu)時(shí)，損耗的增加不僅需要解決散熱問題，絕緣設(shè)計(jì)也更為困難。而牽引變壓器的電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)影響變壓器運(yùn)行效率和控制變頻器的工作特性，因此，在牽引變壓器設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮變壓器的效率損耗、散熱、絕緣和電抗參數(shù)等問題，在將輕量化作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，由于與其他設(shè)計(jì)參數(shù)之間會(huì)存在一定沖突，因此不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，所以牽引變壓器輕量化設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)具有復(fù)雜約束條件的優(yōu)化問題。

      中國科學(xué)院電工研究所等單位科研人員設(shè)計(jì)的牽引變壓器本體布置于動(dòng)車組車底，空氣冷凝器安裝于車頂，并通過位于車體兩側(cè)夾層內(nèi)的管道將牽引變壓器箱體與冷凝器連通，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)工質(zhì)的密閉循環(huán)，如圖1所示：

圖1 牽引變壓器結(jié)構(gòu)布置

      科研人員基于液體冷卻的強(qiáng)化換熱和冷卻系統(tǒng)的絕緣設(shè)計(jì)，提出了一種高鐵車載牽引變壓器的芯式電磁結(jié)構(gòu)。變壓器繞組采用餅式線圈，其間設(shè)計(jì)有液體冷卻工質(zhì)流動(dòng)通道。

圖2 牽引變壓器電磁結(jié)構(gòu)

     他們?cè)谧儔浩鹘馕鲈O(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，以高、低壓繞組匝數(shù)、鐵心直徑和工作磁通密度作為優(yōu)化參數(shù)，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)，并研制了一臺(tái)900kV?A采用非油類液體強(qiáng)化冷卻的牽引變壓器原理樣機(jī)。

圖3 牽引變壓器樣機(jī)結(jié)構(gòu)

圖4 試驗(yàn)裝置

         數(shù)值仿真和試驗(yàn)測試表明，鐵心部分對(duì)整機(jī)輕量化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有顯著影響，提高鐵心工作磁通密度、繞組工作電流密度和強(qiáng)化冷卻可以有效降低變壓器整體質(zhì)量。本研究成果為高速鐵路車載牽引變壓器的輕量化設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了一種行之有效的方法。

轉(zhuǎn)載自：http://www.cesmedia.cn/html/report/22061392-1.htm