芯式电磁结构！高铁车载牵引变压器轻量化设计的新方法

芯式电磁结构！高铁车载牵引变压器轻量化设计的新方法

      中国科学院电工研究所等单位研究的牵引变压器电磁结构设计方案以新型强化换热原理为基础，取消目前使用的具有一定潜在风险的可燃性变压器绝缘油，通过提升工质冷却能力实现提高功率密度和结构紧凑度。由于牵引变压器采用紧凑体积结构时，损耗的增加不仅需要解决散热问题，绝缘设计也更为困难。而牵引变压器的电磁结构参数也会影响变压器运行效率和控制变频器的工作特性，因此，在牵引变压器设计时需要综合考虑变压器的效率损耗、散热、绝缘和电抗参数等问题，在将轻量化作为主要设计目标时，由于与其他设计参数之间会存在一定冲突，因此不能同时达到最优设计，所以牵引变压器轻量化设计本质上是一个具有复杂约束条件的优化问题。

      中国科学院电工研究所等单位科研人员设计的牵引变压器本体布置于动车组车底，空气冷凝器安装于车顶，并通过位于车体两侧夹层内的管道将牵引变压器箱体与冷凝器连通，实现冷却系统工质的密闭循环，如图1所示：

图1 牵引变压器结构布置

      科研人员基于液体冷却的强化换热和冷却系统的绝缘设计，提出了一种高铁车载牵引变压器的芯式电磁结构。变压器绕组采用饼式线圈，其间设计有液体冷却工质流动通道。

图2 牵引变压器电磁结构

     他们在变压器解析设计方法的基础上，以高、低压绕组匝数、铁心直径和工作磁通密度作为优化参数，采用遗传算法进行优化，实现了轻量化设计，并研制了一台900kV•A采用非油类液体强化冷却的牵引变压器原理样机。

图3 牵引变压器样机结构

图4 试验装置

         数值仿真和试验测试表明，铁心部分对整机轻量化目标的实现有显著影响，提高铁心工作磁通密度、绕组工作电流密度和强化冷却可以有效降低变压器整体质量。本研究成果为高速铁路车载牵引变压器的轻量化设计和优化提供了一种行之有效的方法。

转载自：http://www.cesmedia.cn/html/report/22061392-1.htm