芯式電磁結構！高鐵車載牽引變壓器輕量化設計的新方法

      中國科學院電工研究所等單位研究的牽引變壓器電磁結構設計方案以新型強化換熱原理為基礎，取消目前使用的具有一定潛在風險的可燃性變壓器絕緣油，通過提升工質冷卻能力實現(xiàn)提高功率密度和結構緊湊度。由于牽引變壓器采用緊湊體積結構時，損耗的增加不僅需要解決散熱問題，絕緣設計也更為困難。而牽引變壓器的電磁結構參數(shù)也會影響變壓器運行效率和控制變頻器的工作特性，因此，在牽引變壓器設計時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計目標時，由于與其他設計參數(shù)之間會存在一定沖突，因此不能同時達到最優(yōu)設計，所以牽引變壓器輕量化設計本質上是一個具有復雜約束條件的優(yōu)化問題。

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

圖1 牽引變壓器結構布置

      科研人員基于液體冷卻的強化換熱和冷卻系統(tǒng)的絕緣設計，提出了一種高鐵車載牽引變壓器的芯式電磁結構。變壓器繞組采用餅式線圈，其間設計有液體冷卻工質流動通道。

圖2 牽引變壓器電磁結構

     他們在變壓器解析設計方法的基礎上，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)，采用遺傳算法進行優(yōu)化，實現(xiàn)了輕量化設計，并研制了一臺900kV?A采用非油類液體強化冷卻的牽引變壓器原理樣機。

圖3 牽引變壓器樣機結構

圖4 試驗裝置

         數(shù)值仿真和試驗測試表明，鐵心部分對整機輕量化目標的實現(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化冷卻可以有效降低變壓器整體質量。本研究成果為高速鐵路車載牽引變壓器的輕量化設計和優(yōu)化提供了一種行之有效的方法。

轉載自：http://www.cesmedia.cn/html/report/22061392-1.htm