基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法

本发明涉及高频变压器，尤其涉及一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、大功率高频变压器的设计与制造面临一系列挑战，尤其是在紧凑空间内实现电磁、热、绝缘等多场的一体化设计。在高频条件下，磁芯的磁滞与涡流损耗、绕组的集肤效应和邻近效应等因素会导致损耗显著增加。此外，未经优化的分布参数会加剧电子电路的电磁干扰问题，影响整体设备的稳定性和效率。为了深入研究和优化高频变压器的设计，开展实际物理模型的试验与测试通常成本高昂且操作复杂。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，本发明可以在减少初期大规模试验成本的同时，预测和分析原型变压器的电磁特性和工作效能。通过实验验证缩比模型，能够有效地提前发现设计中可能存在的问题，并据此进行优化调整，从而在实际应用中实现更高的性能和稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法。

4、一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，包括：

5、对原模型的物理尺寸进行等比例缩放，确定缩比模型与原模型之间的几何缩比系数；

6、基于所述几何缩比系数，推导电磁场参数的缩比关系，计算缩比模型的电磁场参数；

7、基于损耗温升参数的缩比准则，计算缩比模型的绕组损耗和铁芯损耗；

8、基于有限元仿真平台构建高频变压器多物理场耦合三维模型，对高频变压器多物理场耦合三维模型进行相似处理，得到缩比模型；

9、对所述缩比模型进行多场耦合仿真分析，验证并优化缩比模型的电磁和损耗体特性。

10、进一步地，基于损耗温升参数的缩比准则，计算缩比模型的绕组损耗和铁芯损耗；方法包括：通过斯坦梅兹公式调整铁芯损耗，并利用fft处理修正的dowell模型计算绕组损耗，确保缩比模型的温升与原模型一致。

11、进一步地，所述基于损耗温升参数的缩比准则包括：绕组损耗是原模型的k2n-3倍，铁芯损耗是原模型的k(n-2)β倍，其中，β为磁密指数，n为缩比幂系数。

12、进一步地，所述电磁场参数包括：电流、电压、电阻、漏磁感、电导、电容、磁通密度、电流密度和磁场强度。

13、更进一步地，缩比之后：电流是原模型的kn-1倍，电压是原模型的kn倍，电阻是原模型的k-1倍，漏电感是原模型的k倍，电导是原模型的k倍，电容是原模型的k倍，磁通密度是原模型的kn-2倍，电流密度是原模型的kn-3倍，磁场强度是原模型的kn-2倍。

14、进一步地，所述物理尺寸包括长度和面积。

15、更进一步地，缩比之后：长度是原模型的k倍，面积是原模型的k2倍。

16、本发明的第二个方面提供一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计系统。

17、一种基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计系统，包括：

18、几何缩比模块，其被配置为：对原模型的物理尺寸进行等比例缩放，确定缩比模型与原模型之间的几何缩比系数；

19、电磁场缩比模块，其被配置为：基于所述几何缩比系数，推导电磁场参数的缩比关系，计算缩比模型的电磁场参数；

20、损耗缩比模块，其被配置为：基于损耗温升参数的缩比准则，计算缩比模型的绕组损耗和铁芯损耗；

21、模型构建模块，其被配置为：基于有限元仿真平台构建高频变压器多物理场耦合三维模型，对高频变压器多物理场耦合三维模型进行相似处理，得到缩比模型；

22、仿真优化模块，其被配置为：对所述缩比模型进行多场耦合仿真分析，验证并优化缩比模型的电磁和损耗体特性。

23、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

24、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法中的步骤。

25、本发明的第四个方面提供一种计算机设备。

26、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法中的步骤。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、(1)材料选择与损耗：在极高频率环境下，磁芯和绕组的材料选择变得更为关键。传统的材料可能会引入更高的磁芯损耗和绕组损耗，因此需要使用高性能材料，如软磁复合材料，以减小损耗。

29、(2)绕组设计：绕组的电磁感应和绕组电阻会导致更大的电流和温升。因此，绕组的设计需要考虑电流密度、散热能力、材料损耗等因素，以确保稳定性和长寿命。

30、(3)铁芯击穿和绝缘破坏：通过缩小尺寸进行高频测试，可以安全、经济地预测全尺寸变压器的故障点，提前优化设计，确保铁芯和绝缘材料在实际应用中的可靠性和耐久性。

31、(5)耦合和电磁干扰：高频操作可能导致绕组之计：铁芯的磁滞和涡流损耗会显著增加，铁芯的设计需要考虑最小化这些损耗。

32、(4)绝缘：高频电压会在绝缘材料中引起更大的电场强度，因此绝缘系统需要特别设计以防止间的耦合增加，以及电磁辐射和干扰的增强。设计时需要采取措施，如合理布局和绝缘，以减小耦合和干扰。

33、(6)电子元件选择：高频变压器需要使用高频电子元件，例如高频开关器件和电容器。这些元件的选择和设计需要更高的技术水平，同时也需要考虑元件的功耗和稳定性。

34、(7)散热问题：在高频运行下，变压器中的电流和电压的快速变化可能导致更大的功率密度。因此，散热设计变得尤为关键，以确保系统在高负载条件下保持稳定。

1.基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，基于损耗温升参数的缩比准则，计算缩比模型的绕组损耗和铁芯损耗；方法包括：通过斯坦梅兹公式调整铁芯损耗，并利用fft处理修正的dowell模型计算绕组损耗，确保缩比模型的温升与原模型一致。

3.根据权利要求1所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，所述基于损耗温升参数的缩比准则包括：绕组损耗是原模型的k2n-3倍，铁芯损耗是原模型的k(n-2)β倍，其中，β为磁密指数，n为缩比幂系数。

4.根据权利要求1所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，所述电磁场参数包括：电流、电压、电阻、漏磁感、电导、电容、磁通密度、电流密度和磁场强度。

5.根据权利要求4所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，缩比之后：电流是原模型的kn-1倍，电压是原模型的kn倍，电阻是原模型的k-1倍，漏电感是原模型的k倍，电导是原模型的k倍，电容是原模型的k倍，磁通密度是原模型的kn-2倍，电流密度是原模型的kn-3倍，磁场强度是原模型的kn-2倍。

6.根据权利要求1所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，所述物理尺寸包括长度和面积。

7.根据权利要求6所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法，其特征在于，缩比之后：长度是原模型的k倍，面积是原模型的k2倍。

8.基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于频率不变原理的大功率高频变压器缩比模型设计方法中的步骤。