中頻變壓器鐵心的磁-熱耦合計算與實驗
趙鵬飛1，2，黎先浩2，趙松山2，王昱皓2，成少奇3，王瑞3，趙小軍3
(1 北京科技大學 冶金與生態工程學院，北京 100083；
2 首鋼智新電磁材料(遷安)股份有限公司，河北 遷安 064404；
3 華北電力大學 電力工程系，河北 保定 071003)
摘 要：基于中頻變壓器磁耦合的電力電子變壓器是新型電力系統中的關鍵裝置。考慮頻率對超薄硅鋼磁化及損耗特性的影響，基于電磁場與溫度場間接耦合的計算方法，對一臺40 kV·A/400 Hz 超薄硅鋼中頻變壓器不同頻率條件下鐵心的電磁場與溫度場分布進行求解，并開展變壓器模型的空載實驗，得到不同頻率下的空載損耗和溫升分布。通過仿真與實驗數據的比較，誤差均在允許范圍內，驗證了磁-熱耦合分析的準確性，為中頻變壓器鐵心散熱和材料選擇提供參考依據。
關鍵詞： 中頻變壓器；鐵心損耗；空載損耗；電磁場；溫度場；超薄硅鋼；磁- 熱耦合
中圖分類號：TM406 ；TM432 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2024)10-0053-08
Calculation and Experiment of Magnetic-Thermal Coupling of
Medium Frequency Transformer Core
ZHAO Peng-fei1, 2, LI Xian-hao2, ZHAO Song-shan2, WANG Yu-hao2, CHENG Shao-qi3, WANG Rui3, ZHAO Xiao-jun3
（1 School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;
2 Shougang Zhixin Electromagnetic Materials (Qian'an) Co., Ltd, Qian'an 064404, China;
3 Department of Electrical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China）
Abstract: Power electronic transformers based on magnetic coupling in medium frequency transformers are critical devices in new power systems. This paper considers the effect of frequency on the magnetization and loss characteristics of ultra-thin silicon steel, and uses a calculation method based on the indirect coupling of electromagnetic fields and temperature fields to solve the distribution of electromagnetic fields and temperature fields in the core of a 40 kV·A/400 Hz ultra-thin silicon steel medium frequency transformer under different frequency conditions. Furthermore, no-load experiments of the transformer model are carried out to obtain the no-load loss and temperature rise distribution under different frequencies. Through the comparison of simulation and experimental data, the errors are within allowable limits, verifying the accuracy of the magnetic-thermal coupled analysis and providing a reference basis for the heat dissipation and material selection of the core of medium frequency transformers.
Key words: medium frequency transformer; core loss; no-load loss; electromagnetic field; temperature field; ultra-thin silicon steel; magnetic-thermal coupling
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