Abstract
Within a solid-state transformer the isolated DC-DC converter and in particular its medium frequency transformer is one of the critical components as it provides the required isolation between primary and secondary side and the voltage conversion typically necessary for the operation of the system. A comprehensive optimization procedure is required to find a transformer design that maximizes power density and efficiency within the available degrees of freedom while complying with material limits such as temperature, flux density and dielectric strength as well as outer dimension limits. This paper presents an optimization routine and its underlying loss and thermal models which are used to design a 166 kW/20 kHz transformer prototype achieving 99.4% efficiency at a power density of 44 kW dm3 . Extensive measurements are performed on the constructed prototype in order to measure core and winding losses and to investigate the current distribution within the litz wire and the flux sharing between the cores
چکیده
یکی از اجزای بسیار مهم یک ترانسفورمر نیمه رسانا، مبدل DC-DC ایزوله و خصوصا ترانسفورمر فرکانس متوسط آن است، زیرا این ترانسفورمر ایزولاسیون لازم بین سمت اولیه و ثانویه و تبدیل ولتاژی که معمولا برای عملکرد سیستم ضروری است را فراهم می کند. رویه بهینه سازی جامعی برای طراحی یک ترانسفورمر لازم است که چگالی توان و بازده را با درجه های آزادی موجود حداکثر کرده و با محدودیت های مادی مانند دما، چگالی شار و استحکام دی الکتریک و نیز محدودیت های ابعاد خارجی، مطابق باشد. این مقاله، یک رویه بهینه سازی و مدل های تلفات و مدل های گرمایی اساسی آن را که برای طراحی یک ترانسفورمر نمونه 166 kW/20 kHz با بازده 99.4% و چگالی توان kw dm3 44 به کار رفته اند، ارائه می کند. به منظور اندازه گیری تلفات هسته و سیم پیچی و بررسی توزیع جریان در سیم لیتز و تقسیم شار بین هسته ها، اندازه گیری های گسترده ای بر روی نمونه ساخته شده انجام شده اند.
1-مقدمه
فن آوری ترانسفورمر نیمه رسانا (SST)، در حال حاضر یکی از موضوعات اصلی تحقیق در حوزه الکترونیک قدرت است، زیرا در بسیاری از موارد، تمام انواع تبدیل انرژی مورد نیاز در تأمین انرژی را در بر می گیرد. در حالت یک سیستم AC-AC کامل، دو مرحله DC-ACارتباط با شبکه های تک فاز یا سه فاز را فراهم کرده و این دو از طریق یک مبدل DC-DC ایزوله بهم متصل می شوند [1]...