文献综述
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课题研究现状及发展趋势
随着现代工业的不断发展和空气污染指标的不断严格化，静电除尘设备已成为了众多厂家所青睐的产品。而为其提供电能的高频高压开关电源则是整个静电除尘设备的主要部件。其中，高频高压大功率变压器作为电源系统的关键部分，除了担负着升压、传递能量和安全隔离的重要作用之外，还直接影响到电路的运行。由于频率的提升，在低频下可以忽略的漏感参数，在中频下将对某些电路性能产生重要影响[1]。例如，由于漏感的存在，开关器件关断瞬间会产生很大的反向电动势，易造成开关器件的过压击穿。此外，漏感还会与变压器线圈的分布电容组成振荡回路，使电路产生震荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰，而为改善此现象而设计的LCC谐振变换器的工作特性也会直接受其影响。因此，对漏感参数进行准确估算对设计高频高压大功率变压器乃至整个开关电源来说显得尤为重要。
目前，变压器漏感的研究方法一般可分为3 类：数值计算法、实际测量法和建模仿真法。现阶段，已有不少学者对着3 种方法进行了研究，如：国外的William. G. Hurley 等人曾推导出基于频率的环形变压器漏感的计算公式[2]，国内也有学者通过磁链法推导出的变压器漏感公式[3]。随着有限元理论的发展和现代计算机技术的改进，如今已经可以通过有限元分析软件来模拟变压器的各种外部状态并观察其磁场分布。相较于前两种方法，有限元法可以通过更改变压器模型数据或更改变压器所在电路的电流电压等数据对不同状态下的变压器磁场进行仿真。这不仅有助于变压器设计阶段对某些关键部位进行特殊处理，更可以通过与其他场，如热效应场、电场等，进行场间耦合，方便设计者从更多不同的角度对变压器进行考虑和优化。
在电力电子变压器中，大功率中频变压器漏感参数与电力电子控制电路密切关联:当采用移相控制时，需要变压器漏感达到一最小值才能满足电力电子器件软开关的要求[4];采用谐振控制时，漏感作为谐振电路的一部分，根据谐振换流原理，漏感需要与谐振频率、谐振电容匹配，才能使电路达到理想的谐振换流状态[5-7]。
大功率中频变压器漏感参数计算可以采用数值法[8-9]与解析法[10]两种方法。文献[8-9]通过建立实际变压器的有限元模型，通过电磁场仿真计算得到变压器模型的漏感值，虽然有较高的准确度但不具备通用性。文献[10-11]基于理想的中高频变压器解析模型，对不同类型的变压器漏感解析计算公式进行推导。文献[12]提出了绕组交叉换位技术可以降低变压器漏感值。对电动汽车充电器中谐振型DC-DC变换器中的变压器漏感参数进行了设计，在未考虑涡流影响条件下，给出了变压器漏感参数的解析计算公式。文献[10]分析了高频薄型变压器漏感的一维模型，提出一维模型不能区分不同的绕组类型，难以揭示不同绕组排列对变压器漏感所产生的影响。在高频涡流场下，分析采用利兹线绕组的高频变压器的漏感与绕组尺寸、匝距以及股数之间的关系，并进行了相关公式的推导。基于变压器漏磁场一维模型，在考虑变压器频率以及尺寸条件下，建立了多绕组模型，并对变压器漏感解析计算公式进行了推导。文献[13]推导了采用环形铁心的变压器的漏感计算公式，指出在计算漏感时忽略铁心，会导致计算结果不准确。
随着超高压大型电力变压器的投入使用，对大中型电力变压器的保护提出了更高的要求。在进行变压器的空载励磁试验中，设备容量和体积巨大，试验耗时耗力。而在电流互感器励磁试验中可以采用低频试验的方法来大大减小电源的容量和体积[14]。但将此种方法等效到变压器中时，由于变压器漏抗电压较大，会出现数据折算误差较大的情况。为了计算低频试验过程中变压器中的漏抗电压的大小，就必须要分析整个过程中变压器漏抗（漏电感）的特性[15]。
有限元法是一种高效能、常用的工程计算方法，是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种物理问题的一种数值方法。有限元法在电磁分析方面有比较高的计算精度，结合计算机辅助设计技术，有限元法可以方便精确地对变压器内部故障进行仿真分析[16]。毕业设计正是运用有限元的方法对电力变压器内部漏电感进行计算和分析。
对于磁集成功率传输系统，更高效率、更小体积、更轻重量和更低成本一直是系统设计中追寻的目标。半导体器件和磁性材料的发展，是实现这个目标的有效推动力。理论分析表明，提高磁集成功率传输系统的工作频率可以有效减少系统中磁元件的体积。为了提高系统中磁集成元件一变压器的工作频率，需引入电力电子系统来实现频率的控制。除了传统工频变压器具有的电压等级变换和电气隔离功能外，引入电力电子装置后，电力电子变压器还可以具有潮流调节和改善电能质量的特性。
虽然电力电子变压器与传统工频变压器相比具有许多潜在的优点，但同时它也面临三个主要的挑战，即1)更高的效率要求，即系统整体效率优化的问题，2)核心部件技术上和商业上的成熟化，核心部件主要是开关元件和磁元件部分，3)可靠性的要求。为了满足这些要求，需要磁性材料具有更高的饱和磁感应强度和更低的比损耗，并且开关元件可以有更快的开断能力和更高的功率传输能力。这些要求随着半导体元件和磁性材料的发展成为了可能。
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