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在新能源直流并网系统、电力机车牵引系统和电力电子变压器等电力变换领域,大功率高频变压器都是其中的关键部件,对变换器的整机效率和功率密度影响很大。随着大功率高频变压器容量和工作频率的提高,变压器设计需要综合考虑损耗、寄生参数、绝缘和散热等问题。本文针对大功率高频变压器的优化设计在以下三个方面进行了研究。首先,针对大功率高频变压器所用磁芯材料,本文讨论了高频变压器磁芯材料的选择和磁芯损耗的计算,选用纳米晶磁芯CN138*95*45*30测试磁芯的基本磁化曲线和正弦激励下磁芯损耗大小,用于非正弦激励下磁芯损耗计算,实验验证了磁芯损耗解析算法IGSE计算误差相对更小,适用于非正弦激励下磁芯损耗解析计算和分析。同时文中分别讨论了铜皮绕组、圆导体绕组和利兹线绕组三种不同的绕组损耗解析计算方法,绕组损耗与绕组结构参数和频率的变化关系。针对圆导体绕组,通过两个变压器样机绕组交流电阻测试结果对比分析不同绕组解析算法的计算误差,实验结果表明文中的Modified Ferreira算法计算误差相对更小,可以用于圆导体绕组损耗大小的解析计算和分析,为高频变压器绕组导体的选择提供参考。其次,针对大功率高频变压器寄生参数对变换器性能影响显著的问题,本文分别讨论了高频变压器漏感和寄生电容的计算,分析了变压器绕组结构参数对变压器漏感大小的影响,为高频变压器漏感大小的调整提供指导,实验验证高频变压器漏感解析计算方法的误差大小。同时文中给出了高频变压器寄生电容模型的计算方法,可以推导得到高频变压器六电容或三电容等效模型。最后,针对大功率高频变压器的优化设计,本文基于高频变压器损耗和寄生参数相关计算,采用有约束的多目标遗传优化算法NSGA-II,提出一种在高频变压器设计中兼顾变压器绝缘、损耗和漏感大小等优化目标和约束条件的绕组结构优化设计方法,根据优化结果设计了一台采用纳米晶磁芯的220V/3.52kV,3.52kW/20kHz变压器样机,实验验证了变压器损耗和漏感计算结果的正确性和优化方法的有效性。