开关电源高频平面变压器并联PCB线圈交流损耗建模及分析

并联PCB线圈可很好克服厚导体交流损耗大的不足,提高高频平面变压器的载流能力,但由于并联PCB线圈并联层间特有的环流效应,线圈设计变得十分复杂。通过建立并联PCB线圈交流损耗模型,对并联层间环流的产生机理及影响因素进行了深入分析。结果表明,电流频率、原副边线圈交叉换位与组内线圈交错、PCB厚度以及绝缘层厚度等对环流/线圈交流损耗均有很大影响。分析结果和系统化实现的模型为设计提供了方法和指导。实验验证了损耗模型的正确性。     

开关电源高频功率平面变压器串并混联PCB线圈交流损耗模型

并联PCB线圈为高频大电流高功率密度开关电源平面变压器重要线圈结构之一,但其载流能力与线圈的设计、变化多端的连接方式以及工作条件等诸多因素有很大关系,必须通过建立线圈损耗模型才能够进行深入系统分析,并得到较优化的设计结果.基于由并联PCB线圈导体层所构成回路的电压平衡原理,结合涡流场场控方程建立了具有串并混联的长形与环形并联PCB线圈交流损耗解析模型.实验验证了交流损耗模型的正确性,并具有足够高的工程精度.     

高频开关电源中间抽头变压器线圈损耗的建模及其应用

中间抽头变压器由于两个副边线圈是分时工作,其线圈损耗模型不同于无抽头原副边线圈同时工作的变压器.本文采用线圈电流谐波分解和线圈窗口磁势分析的方法对中间抽头变压器线圈损耗进行建模和分析,结果表明变压器奇次电流的磁势在原副边线圈间平衡,偶次电流的磁势在副边两个线圈间平衡.该模型的建立有助于中间抽头变压器线圈的优化设计,中间抽头引出线设计以及线圈损耗的测量.在一个3kW变压器设计上的应用验证了模型的有效指导意义.     

PCB型Rogowski线圈的可靠性研究

PCB型Rogowski线圈克服了传统手工绕制空心线圈重复性差、准确性低的缺点,便于大规模的自动化生产。可是PCB型Rogowski线圈依靠镀通孔和焊接点实现线圈的绕制和串联连接,这种特殊的结构使得线圈的可靠性取决于镀通孔和焊接点的可靠性。为了设计高可靠性的PCB型Rogowski线圈,介绍了镀通孔的失效模式和失效机理,给出了PCB型Rogowski线圈的失效判据,建立了PCB型Rogowski线圈的可靠性框图和数学模型,基于GJB/Z 299B-98定量地推导出PCB型Rogowski线圈的失效率与线圈镀通孔数目及镜像印制板对数间的关系。最后,预计出测量300 A电流的PCB型Rogowski线圈的平均寿命约为27年。     

基于自积分Rogowski线圈的脉冲电流传感器的建模研究

自积分式Rogowski线圈的体积小、频率响应高,是测量脉冲大电流信号的理想手段。本文分析了Rogowski线圈测量脉冲电流的原理,建立了自积分式Rogowski线圈分布式参数模型,分析了影响线圈频率特性的主要因素,采用电磁场数值分析方法建立了线圈三维电磁场模型,提取了线圈的电感、电容参数。利用求取的参数及等效电路,对其开环特性、闭环转移阻抗及相关影响因素进行仿真,仿真与实验结果对比表明了所建立电路模型的合理性,同时验证了参数的准确性。     

新型线圈电流互感器及误差分析

介绍了一种PCB平面型Rogowski线圈（PCB线圈）的绕制方法,设计了基于PCB线圈的新型电流互感器,针对互感器的误差特性,着重就PCB线圈的频率和温度误差进行分析,建立了PCB线圈的等效电路,推导出一次电流和二次感应电压的关系式,并给出互感系数的计算公式,指出合理选择积分器输入电阻阻值是减小线圈频率和温度误差的关键。     

高频开关电源功率变压器线圈优化设计技术

高频开关电源功率变压器线圈优化设计技术能有效减小变压器损耗以及尺寸,提高开关电源功率密度。通过线圈电流谐波分解及电磁场涡流方程,建立了高频功率变压器的一维涡流损耗模型,并应用于开关波形激励的高频功率变压器线圈,特别是里兹线线圈的优化设计。一个应用于输出双半波整流电路的中间抽头变压器线圈设计实验验证了优化设计的有效性。     

一种提高PCB线圈的近距离传输效率的方法

PCB线圈由于其独特的优点,已广泛应用于磁谐振无线电能传输领域。系统在近距离传输时,其传输效率会急剧下降。针对此问题,本文采用一种有效的方法来改善其近距离传输效率。本文首先分析反并联线圈的工作原理,接着给出线圈各参数的计算公式,然后对四线圈结构的磁谐振系统建模分析。最后经实验验证该方法是可行的,为近距离磁谐振无线电能传输系统设计提供参考。     

Rogowski线圈的结构、电磁参数对其性能影响的研究

分析了Rogowski线圈结构参数(如线圈宽度、厚度和中心半径)和电磁参数(如线圈自感、互感和内阻)之间的关系以及它们对线圈动态特性(时域和频域特性)的影响。利用MATLAB软件和等值电路对Rogowski线圈进行了仿真研究。经过实验验证所得出的有关优选Rogowski线圈电磁和结构参数的方法,对于快速设计具有合理结构、最优电磁参数和良好动态特性的Rogowski线圈具有理论指导作用。     

基于自谐振线圈参数优化的多中继无线供电系统效率提升研究

印刷电路板(printed circuitboard,PCB)自谐振线圈可以避免绕线引起的偏差,且不受分立补偿电容的影响,应用在多中继无线供电系统中极具前景。针对PCB自谐振线圈结构参数优化不完全所导致的多中继无线供电系统传输效率低下的问题,该文给出了一种用以提升系统传输效率的PCB自谐振线圈结构参数优化设计方法。首先,建立了多中继无线供电系统的传输效率模型,并分析了线圈的电参数对传输效率的影响机理;其次,详细推导了线圈电参数与线圈的匝数、介质厚度、线宽、铜箔厚度、介质损耗角正切值以及介电常数之间的关系;然后,基于上述关系,以传输效率最高为目标,优化了线圈参数;最后,利用优化后的PCB自谐振线圈搭建了一套五线圈无线供电系统实验样机。实验结果表明,采用优化后的PCB自谐振线圈传输效率最高可达76.5%,相比优化前33.1%的传输效率,提高了43.4%。     

平面变压器绕组交流损耗分析软件的开发

随着DC-DC变换器不断向高功率密度、低压和大电流方向发展，其中平面变压器的绕组往往要采用多层并联的结构。但并联绕组间的电流分配及损耗又取决于频率、绕组的布置及厚度。到目前为止在平面变压器绕组损耗分析方面还没有一套比较方便快捷的分析工具，鉴于此，我们建立了并联绕组涡流分布的数学模型，并开发了相应的分析工具，使设计者可以快速有效地分析和比较不同绕组布置方案的交流损耗，从而选择一种最优的设计方案。     

高频供电条件下的PCB定子盘式永磁电机绕组优化设计

PCB定子盘式永磁无铁心电机的定子采用印制电路板(printed circuit board,PCB)结构,其电机的损耗主要来源于绕组上的交流附加铜耗和直流铜耗,因此定子绕组的设计直接影响电机整体性能。针对应用在较高频率且工况稳定的PCB电机,该文提出一种新型分布式绕组。首先建立反电势、直流铜耗、交流附加铜耗和电阻的解析表达式,分析PCB电机的空载特性。其次,以提高电机的效率为目的,提出在绕组有效导体部分加入绝缘材料。对新型绕组进行优化找到最合适的导体线宽,然后根据有限元理论对比分析新型分布式绕组和已有绕组负载特性。结果表明新型绕组不仅可以降低总铜耗,提高电机效率,有效降低定子稳定温升,并且新型结构也不会影响电机输出性能。最后制作一台16极600W样机进行验证,对PCB定子盘式永磁电机设计具有一定的参考价值。     

大型变压器铁心拉板涡流损耗的应用研究

在模拟变压器铁心低磁钢拉板涡流损耗模型试验与计算验证的基础上,利用作者的计算大型变压器铁心低磁钢拉板涡流损耗的二维有限元模型,对典型变压器绕组漏磁场和影响铁心低磁钢拉板涡流损耗的拉板开槽数目,开槽长度,开槽宽度和拉板开槽方式等因素进行了定量的分析,得到了若干在实际产品设计中具指导意义的结论。     

自耦变压器绕组漏磁场及涡流损耗的二维数值分析

利用ANSYS软件建立了油浸式自耦变压器的有限元模型,采用“场-路耦合”方法分析了变压器绕组的漏磁分布,得到绕组的涡流损耗分布情况.将有限元计算结果与工程计算结果对比,说明了计算方法的准确性,对自耦变压器的设计具有一定的理论参考价值.     

反激式变换器的变压器线圈涡流损耗机制分析与新型损耗模型

反激变换器的变压器线圈涡流损耗为高频功率磁元件线圈技术的研究热点之一。在已有研究基础上,应用电磁场有限元仿真以及通过分解线圈电流分析了反激变换器的变压器线圈涡流损耗机制,发现其线圈窗口磁场兼有电感器和变压器磁场的特征。据此机制,研究了减小其线圈涡流损耗的方法,指出该方法的有效性取决于线圈窗口磁场的构成。通过研究其线圈窗口磁场的正交性,进一步提出一种新型反激变换器的变压器线圈损耗解析模型。有限元数值仿真验证了研究结果的正确性。     

高压电缆绕组直线电机定子及绕组的涡流分析

为研究高压电缆绕组直线电机运行中可能出现的发热现象,建立了直线电机定子及绕组电缆的计算模型,用有限元法计算了电机在三相交流电作用下的涡流及电磁损耗分布,研究了绕组电缆有无金属屏蔽时电机内涡流分布的变化,并分析了涡流产生的热效应及其对电机运行带来的影响。研究表明,若定子绕组电缆有铜屏蔽层,运行时屏蔽层内将感应很大的涡流,其热效应可使电缆绕组烧损,进而严重影响高压电机的正常运行。研究结果可供高压直线电机定子绕组电缆的结构设计及选型参考。     

开关电源高频功率平面变压器热设计研究

高功率密度要求和高频下涡流损耗(包括磁芯和线圈的涡流损耗)的急剧增大对高频功率平面变压器的热设计带来巨大挑战.通过分析平面变压器热传递特性,提出一种可分别计算线圈和磁芯温升的热模型及其建模方法.此外,根据铁氧体磁芯的损耗温度特性,还提出一种平面变压器温度设计准则.实验证明提出的热模型具有足够高的工程精度,而提出的温度设计准则可使变压器具有良好的热稳定性,从而改善了平面变压器热性能.     

高压直流换流变压器附加损耗的计算

国内高压直流输电系统的发展对高压直流换流变压器性能要求愈来愈高.在换流变压器设计过程中,附加损耗是一项重要的参考指标.笔者介绍了基于趋肤深度控制的三维实体模型网格分层剖分方法和磁损耗计算方法,使用MagNet软件计算了一台换流变压器的构件损耗,并对国际基准模Problem 21B进行了验证性计算.基于Visual Ba...