非正弦激励下纳米晶材料高频磁心损耗的计算方法改进与验证

软磁材料广泛应用于各种电气设备的铁心，磁心损耗的精确计算关系着电气设备的效率。尤其是高频非正弦激励条件下磁心损耗的精确计算，是逆变器、电力电子变压器和高频电抗器等电力电子装置的优化设计的重要组成部分。该文首先总结了几种非正弦激励下的磁心损耗的计算方法，对比几种改进的Steinmetz经验公式，分析磁化过程对磁心损耗的影响；然后提出一种考虑磁感应强度变化率的改进Steinmetz波形系数公式（WcSE）计算模型，推导出高频方波和矩形波激励下的损耗计算表达式；接着搭建高频非正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统，在频率为10～70kHz范围内对环形纳米晶样品（FT-3KL和FT-3KS）进行不同占空比的方波和矩形波激励下的高频磁特性实验，得到方波和矩形波激励下的磁心损耗实验测量值；最后对比实验值和几种修正Steinmetz模型的计算值，并进行误差分析，得到改进的WcSE计算模型的平均计算误差在20%以内，均小于Steinmetz修正公式、修正广义Steinmetz公式和WcSE的计算误差的结论，验证了所提改进的WcSE新模型的计算精确性，为电力电子装置的磁心损耗预测以及优化设计提供了重要依据。     

非正弦激励下中频变压器铁损计算方法对比分析

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电压激励,推导了上述修正方法在这两种波形下的铁损计算式;然后通过搭建铁芯磁滞回线测量系统,对一纳米晶磁环铁芯在中频范围内的原始Steinmetz经验公式系数进行了拟合,并对比了铁芯方波与三角波激励下铁损密度实测值和各修正方法解析计算值。结果表明:Steinmetz波形系数公式(Wc SE)的误差最小,对纳米晶铁芯在中频非正弦激励下进行损耗计算,应用Wc SE最为准确。研究结果可为中频变压器在设计与优化阶段铁芯损耗的准确计算提供参考。     

双向全桥DC-DC变换器中大容量高频变压器绕组与磁心损耗计算

精确预估非正弦波激励下高频变压器绕组与磁心损耗、研究不同模态下变压器损耗的变化趋势,对于电力电子变压器(PET)精细化设计至关重要。在对PET中间级——隔离式双向全桥DC-DC变换器工作原理进行分析的基础上,建立变换器的近似等效电路模型,得到一种适用于隔离式双向全桥DC-DC变换器中高频变压器绕组损耗计算方法。在计算方波、梯形波电压激励下的磁心损耗时,推导出修正的Steinmetz经验公式简化解析计算式,引入仅与占空比和上升时间有关的修正系数,据此可直接利用正弦波激励下的损耗系数,快速获取典型工作模态下磁心损耗。设计制作一台1.2k V/0.3k V/5k V·A非晶合金磁心高频变压器试验模型,将所提方法的计算结果与有限元仿真和试验测量结果对比,验证了所提方法的有效性。     

典型非正弦电压波激励下高频磁心损耗（英文）

精确预估非正弦电压波激励下高频磁心损耗,对于隔离式双向全桥DC-DC变换器中高频变压器的精细化设计至关重要。本文结合典型工作模态下矩形、梯形电压波,提出了修正Steinmetz公式和损耗分离公式的改进解析计算方法,引入仅与占空比和上升时间有关的修正系数,据此可直接利用正弦波激励下的Steinmetz模型参数和磁心损耗分离模型参数,快速获取典型工作模态下磁心损耗。基于若干峰值磁通密度和频率下的正弦磁心损耗,利用回归分析获取Steinmetz模型参数和磁心损耗分离模型参数。分别对环形纳米晶、非晶合金、铁氧体和3%取向硅钢磁心开展非正弦激励下的磁心损耗测量实验,将实验结果与解析结果进行比较,验证了典型非正弦激励下解析计算方法的准确性。     

正弦与非正弦激励下高频变压器磁心损耗计算与验证

提高正弦和非正弦激励下的磁心损耗模型的计算精度,对高频变压器的设计与研究有重要意义.本文首先在经典正弦损耗分离模型的基础上引入涡流和剩余损耗修正系数,推导出在方波与三角波电压激励下修正的损耗分离计算模型,并通过实验室搭建的磁特性测量系统测量出非晶与纳米晶磁心的损耗数据.其次,依据损耗系数随磁通变化的特性,提出一种改进的损耗分离模型的方法,与经典模型相比有更高的准确性,并得出非正弦激励下改进的计算模型.最后,对比分析方波与三角波电压激励下的计算结果与测量值,验证了本文提出的改进损耗分离模型的有效性与可行性.     

非晶合金铁心损耗与磁致伸缩特性测量与模拟

针对电力机车对中频变压器低损耗、低噪声的设计要求,该文对中频变压器用铁心材料非晶合金的损耗与磁致伸缩特性开展深入研究.模拟中频变压器的实际工作状态,对非正弦激励下非晶合金的损耗特性进行测量.在此基础上,对传统的斯坦梅兹损耗计算公式进行修正,同时考虑到不同频率下损耗计算公式的通用性,对损耗计算公式的系数进行变系数改进.考虑中高频变压器的振动噪声问题,采用激光测试仪,对非晶合金铁心材料的磁致伸缩特性进行测试分析,并建立铁心材料磁致伸缩特性的预估模型.实验验证了所提损耗和磁致伸缩模型的有效性,为中高频变压器的优化设计提供理论依据.     

基于非线性复数磁导率模型的叠片铁心损耗计算

为实现频域计算中电力变压器损耗分布特性的快速计算,本文基于非线性复数磁导率模型,在保证计算精度的同时,提出了一种正弦稳态服役条件下叠片铁心损耗分布的快速计算方法。首先,基于磁滞回线面积等效原理,在考虑基本磁化曲线非线性特性的基础上,得到复数磁导率的实部与虚部;其次,为了验证本文所提出模型对变压器铁心损耗预测的有效性,耦合铁心叠片均匀化方法,建立了单相叠片铁心的频域有限元仿真模型,对变压器铁心中损耗与磁通密度分布进行计算;最后,制作了单相变压器铁心实验模型,搭建单相变压器铁心损耗实验平台,对本文所提出的方法有效性进行验证。结果表明,基于非线性复数磁导率叠片等效的变压器铁心损耗计算方法具有参数辨识过程简单、计算精度较高等特点,在变压器长期正弦稳态服役条件下的损耗计算与温升预测中具有一定应用前景。     

畸变磁通作用下变压器铁心模型损耗的实验研究与模拟分析

对畸变磁通条件下产品级变压器铁心模型的损耗进行了实验研究,考察了谐波相位差变化对铁心损耗的影响。给出了一种能够考虑畸变磁通条件下铁心损耗的工程计算方法,该方法可有效地考虑局部磁滞回环对铁心损耗的影响。结合MagNet电磁分析软件,计算了产品级变压器铁心模型的铁心损耗,通过对比实验结果证明了方法的有效性。     

方波激励下的铁磁元件铁心损耗低频测量方法研究

采用低频试验方法测量铁磁元件铁心损耗可以降低电源容量及试验电压等级,但是现有的低频法需要采用变频正弦波电源作为试验电源,而大容量变频正弦波电源制造难度大、成本高,所以提出一种基于低频方波的铁磁元件铁心损耗测量方法。该方法利用变频方波电源进行空载试验,利用最小二乘法原理计算计算磁滞损耗系数和涡流损耗系数,进而对铁心损耗进行折算,使得折算后的铁心损耗与工频正弦波激励下的结果有较好的一致性。并且在单相变压器上开展试验,10,15,20Hz的方波折算后的铁心损耗与50Hz正弦波实测结果的相对误差小于6.5%。结果表明,本方法折算精度高,具有工程应用价值。     

基于损耗分析的大容量高频变压器铁芯材料选型方法

铁芯材料的选择对大容量高频变压器的磁拓扑性能具有决定性影响,而损耗特性最为关键。为此,针对高频方波激励,采用改进的Steinmetz公式分析了变压器3种常用磁性材料即铁氧体、纳米晶和非晶材料的损耗特性与频率、磁通密度的关系,并给出了磁性材料损耗密度的三维表征图。在对损耗密度进行分析的基础上,将铁芯总损耗与高频变压器视在功率的比值定义为损耗因子,并依据损耗因子的三维表征图与实例分析,结合工作频率和体积等因素比较了3种典型磁性材料所制成的铁芯的损耗特性。分析指出,损耗因子是衡量高频变压器损耗特性优劣的重要指标,以最低损耗因子水平结合体积与成本因素进行分析,可作为铁芯材料的具体选择准则。     

不同激励条件对铁氧体磁心损耗的影响

在软磁器件的设计中,磁心损耗的计算是设计人员的重要工作内容.在不同的激励条件下,磁芯的损耗也不同.综合介绍了直流偏置,矩形波激励和方渡激励务件下铁氧体磁心损耗模型.在有直流偏置的正弦波激励下,铁氧体磁心损耗会增大.在不同激励条件下通过对经典斯坦麦茨(Steinmetz)公式进行修正后其计算结果更符合实际情况.     

谐波激励下变压器铜屏蔽杂散损耗的计算和验证

通过参考IEC61378-2标准提供的换流变压器谐波损耗计算方法,得出计算变压器铜屏蔽杂散损耗的解析公式。基于P21~c-EM1简化模型,采用一种新的杂散损耗测量方法,即通过模型总损耗测量值减去模型激励线圈损耗的精确仿真值得到结构件中的损耗,以此作为实验值,对解析公式计算的结果进行验证。结果表明:铜板的基波损耗计算结果与实验值基本一致;基波叠加多次谐波激励下的铜板损耗与各次谐波单独激励下的铜板损耗之和大致相同;在激励电流频率相同的情况下,铜板杂散损耗与电流大小的平方满足一定的比例关系;在激励电流大小相同的情况下,铜板损耗与电流频率的0.8次方不满足IEC标准给出的频率特性。基于此,引入一个考虑磁场分布的修正因子对频率特性进行修正,通过修正结果与实验值的对比验证了修正因子的合理性。     

异步电机铁心损耗计算方法的分析与研究

采用变频启动、自启动、串电阻启动等方式启动的异步电机内的组成部件中的电磁场分布并不相同,因此各组成部件的损耗分析方法也应各不相同。各种形式的斯坦梅茨方程可分析计算铁心损耗,且斯坦梅茨方程中的系数可由硅钢片制造商提供的损耗曲线获得,然而,硅钢片制造商提供的损耗曲线仅能在几个固定的频率下获得。采用了一种曲线拟合技术,可计算任意频率下的损耗曲线。为验证该方法,搭建了实验平台,分析不同负载转矩下、不同开关频率下异步电机的损耗。对比结果表明,该方法能够准确地预测异步电机的铁心损耗。     

基于基波分析方法的绕组电流谐波计算研究

三相双有源桥DC-DC变换器的固有软开关能力、滤波电容器电流低等特点而广泛应用于直流配电网。基于三相双向有源桥DC-DC变换器的拓扑结构,分析了不同联接方式下的高频三相变压器的电压电流波形。基于变压器在三种不同联接方式下的近似等效电路模型和电压与电流之间的相量图,采用基波分析方法推导了高频三相变压器绕组电流的各阶次谐波计算表达式,结合各阶次谐波频率下的交流电阻系数表达式,进而实现绕组高频损耗的计算。最后,将解析计算结果与仿真结果进行对比,结果表明各阶次谐波电流幅值、绕组总损耗值与解析计算方法的最大误差为8.4%,验证了解析计算方法的正确性。     

电工软磁材料旋转磁滞损耗测量及建模

电力变压器和电机中存在旋转铁心损耗是其损耗预测不准的主要原因之一。针对该问题,提出电工软磁材料旋转磁滞损耗测量及建模方法。首先,矢量磁滞损耗分解为切向损耗和法向损耗两部分,分别根据圆形旋转损耗和交变损耗建模。其次,对软磁复合材料和无取向电工钢片进行模型参数辨识,并比较两种材料的损耗特性和模型参数。最后,利用三维磁特性测量装置进行多种励磁模式下的损耗测量,并对比实验结果与模型预测值。结果表明,在旋转复杂激励下,所提出的模型比传统的Steinmetz模型有更高的精度。     

非正弦励磁下磁芯损耗的计算

磁性元件的损耗在开关电源中占相当大的比例,因此磁芯损耗的计算在开关电源设计中相当重要. 文中首先介绍了在正弦励磁下,计算磁芯损耗的Steinmetz 经验公式,然后对修正的Steinmetz 经验公式进行了回顾.修正后的公式可以用来计算非正弦励磁下的磁芯损耗,同时所需参数和修正前的公式一样.最后介绍修正的Steinmetz 经验公式在开关电源领域中的应用.     

大容量高频变压器磁芯损耗特性分析及结构选择

磁芯的选择对大容量高频变压器性能具有决定性影响。首先详细介绍了典型磁芯材料的高频损耗特性,包括性能特点比较、正弦激励下磁芯损耗计算方法、高频下典型磁芯材料的损耗对比以及应用效果比较。其次,详细介绍了典型磁芯结构的选择,包括单相磁芯结构的选择,比较了环型、CC型和EE型等典型单相磁芯结构的特点和应用场合。同时,介绍了三相磁芯结构的选择,利用CC型磁芯结构的组合构成三相使用的磁芯结构。对大容量高频变压器的磁芯选择进行系统的理论分析,可以为大容量高频变压器磁芯选型提供支持。     

非晶态合金高频方波逆变电源输出变压器的分析和设计方法研究

对采用非晶态合金材料制作高频方波逆变电源输出变压器的分析和设计方法进行了初步探讨和研究，并利用研究的结论、设计制作了样机，同时还给出了具体的设计实例和测试结果。