芯式電磁結構！高鐵車(chē)載牽引變壓器輕量化設計的新方法

      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(fēng)險的可燃性變壓器絕緣油，通過(guò)提升工質(zhì)冷卻能力實(shí)現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(shí)，損耗的增加不僅需要解決散熱問(wèn)題，絕緣設計也更為困難。而牽引變壓器的電磁結構參數也會(huì )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(shí)需要綜合考慮變壓器的效率損耗、散熱、絕緣和電抗參數等問(wèn)題，在將輕量化作為主要設計目標時(shí)，由于與其他設計參數之間會(huì )存在一定沖突，因此不能同時(shí)達到最優(yōu)設計，所以牽引變壓器輕量化設計本質(zhì)上是一個(gè)具有復雜約束條件的優(yōu)化問(wèn)題。

      中國科學(xué)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(dòng)車(chē)組車(chē)底，空氣冷凝器安裝于車(chē)頂，并通過(guò)位于車(chē)體兩側夾層內的管道將牽引變壓器箱體與冷凝器連通，實(shí)現冷卻系統工質(zhì)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的絕緣設計，提出了一種高鐵車(chē)載牽引變壓器的芯式電磁結構。變壓器繞組采用餅式線(xiàn)圈，其間設計有液體冷卻工質(zhì)流動(dòng)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、鐵心直徑和工作磁通密度作為優(yōu)化參數，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現了輕量化設計，并研制了一臺900kV?A采用非油類(lèi)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

         數值仿真和試驗測試表明，鐵心部分對整機輕量化目標的實(shí)現有顯著(zhù)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(zhì)量。本研究成果為高速鐵路車(chē)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。

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