基于反激电路的绕组损耗分析与研究

发布时间：2021-07-20 22:49

　　反激变换器作为开关电源的一种常见变换器已经被广泛应用于小功率场合,而随着软开关技术的发展,磁元件的绕组损耗已成为整机损耗中最主要的一部分。目前,磁元件的绕组损耗理论研究都局限于简单的绕组排布和无气隙磁芯结构,因此,本文以有气隙磁芯结构的高频磁元件绕组损耗为重点进行了深入分析与研究。磁元件的绕组损耗包含理论、实测以及仿真三种分析方法。理论分析是研究的基础,目前的Dowell模型以及其相应的改进方案由于基于无气隙的磁芯结构进行分析而具有一定的局限性。针对有气隙磁元件的理论分析问题,本文从气隙在磁场中影响的角度出发,提出用面电流对气隙进行等效替换、用镜像电流对磁芯边界进行等效替换的方法,并通过毕奥-萨伐尔定律计算出单个二维面上的绕组损耗,最终理论计算出磁元件整个绕组的损耗。磁元件绕组损耗的实验测试是验证理论分析方法正确性的必要手段。传统的磁元件损耗测量方法由于实测数据同时包含有磁芯损耗和绕组损耗,难于直接提取得到绕组损耗数据。绕组短路法虽是有效实验测试方法,但局限于只能应用在无气隙的磁元件中。针对有气隙磁元件,本文提出了用绕组替换气隙的方案,通过理论论证了该方案的可行性,并以绕组短路法为基础... 

【文章来源】：上海电机学院上海市

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

交流功率法实验测试原理图

上海电机学院硕士学位论文-3-T0)()(T1dttituP（1-1）从交流功率法的具体实验测试可知，该方法实验操作简单、数据处理方便。但不足之处在于：当磁元件的电感量与磁元件损耗等效电阻比值较大时，即实验测试体现在交流源输出功率因数较低时，磁元件的损耗测试结果误差较大，无法满足实际工程需求。在交流功率法的基础上，进一步优化实验测试方法即得到直流功率法。直流功率法，是相对交流功率法而定义的，即采用直流源供电，通过逆变器间接施加在磁元件上。该测试方法有效规避了交流功率法的缺陷，需要注意的是该测试方法需要对逆变装置的损耗进行精确的评估。图1-2直流功率法实验测试原理图Fig.1-2DCpowermethodmeasurementschematicDC-iincoppercoreexinIVPPPP（1-2）图1-2为采用直流激励对磁元件供电的实验测试原理图，式(1-2)为对应的绕组损耗计算公式，其中Pin为直流源的输出功率，Pex为逆变器在实验测试中的损耗，Pcore为实验测试磁元件的磁芯损耗，Pcopper为磁元件绕组损耗，Vin和Ii-DC分别为直流源激励的输出电压与输出电流的直流分量。逆变装置的损耗可通过测量定标获龋量热法是根据热力学定律间接获取磁元件损耗的实验测试方法。由于磁元件在外加激励的情况下具有绕组损耗和磁芯损耗，这些损耗是有功功率损耗，将以发热的形式体现出来。通过特定的隔热装置可将磁元件损耗散发的热量传递到特定热介质，结合热力学定律即可根据热介质的温升计算出磁元件的损耗数据[26]。

上海电机学院硕士学位论文-4-图1-3量热法实验测试原理图Fig.1-3CalorimetrymeasurementschematictWPTWmc(1-3)图1-3为量热法实验测试原理图。式(1-3)为量热法计算磁元件损耗的公式，其中W为两次实验测量温度时间间隔内磁元件所产生的热量，ΔT为热介质在两次实验测量温度时间间隔内的温升，c为热介质的比热容，m为热介质的质量，Δt为两次实验测量温度的时间间隔，P即为磁元件的总损耗功率。c和m参数可通过提前对热介质的特性参数测量获龋以上三种实验测试方法，除了交流功率法在磁元件阻抗角大的情况下测量误差大之外，对磁元件的总损耗实验测试都能获得满足实际工程需求的数据结果，但不足之处在于三种实验测试方法测得的损耗数据都是包含磁元件的绕组损耗与磁芯损耗，而且从中无法单独分离出磁元件的绕组损耗。因此对磁元件绕组损耗的实验测试需要采用新的测试方法。(2)绕组短路法绕组短路法，只适用于变压器磁元件的绕组损耗实验测试，定义为对由双绕组结构的变压器磁元件中的一组绕组短路，通过对另一组绕组采用高精度的阻抗分析仪测量其阻抗，获得该磁元件绕组损耗的等效电阻的实验测试方法。由于绕组损耗的线性特性，在实际测试中阻抗分析仪提供的交流小信号是可以满足测量要求的。同时，采用一组绕组短路的方法，可使磁芯内的磁通降为零，达到规避磁芯损耗影响的效果。图1-4(a)为绕组短路法的测量原理图，(b)为对应的等效电路图，(c)为简化的等效电路图，式(1-4)为阻抗分析仪测得的阻抗结果理论表达式。


本文编号：3293755