高频电子电路用圆形截面环形磁心中电磁场的分布

为了研究当线圈缠绕于高频电子电路用圆形截面环形磁心某一段,考虑漏磁时磁心内部电磁场的分布,根据磁通连续性原理及镜像法,将绕有一个线圈的环形磁心内电磁场的分布问题,转化为绕有无穷多个线圈的无限长直磁心在其中一段磁心内的电磁场分布问题。基于麦克斯韦方程组和叠加原理,推导了环形磁心内电场强度和磁场强度的单重级数式解析计算公式。基于电场强度的计算公式,得到了涡流损耗的计算公式,与基于线圈自阻抗得到的涡流损耗计算公式进行对比,二者的计算结果吻合良好,证明了本文分析方法及所得公式的正确性。电场强度和磁场强度的计算结果分析表明,本文结论也同样适用于磁心磁导率很高或线圈均匀密绕于磁心表面,即漏磁通很小可以忽略的情况。     

变压器束绞圆导线线圈中涡流损耗的研究

在考虑集肤效应和邻近效应的前提下 ,计算了电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。首次提出了集肤效应损耗系数和邻近效应损耗分裂导线系数概念 ,并通过一定的数据样本拟合了这两个系数的多项式表达式 ,用该表达式计算了某一三相电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。结果表明大容量的电缆绕组变压器线圈中导线的分裂束绞绝缘可显著降低涡流损耗     

应用于无线电能传输的Litz线平面矩形螺旋线圈高频电阻计算

在外部磁场的影响下,导线中的高频电流呈不均匀分布,致使其导电面积远小于横截面积,从而引起额外的电阻,称之为高频电阻。高频电阻中的感生电阻与磁场的平方呈正比。应用毕奥-萨伐定律对Litz线平面矩形螺旋线圈中的磁场进行分析,以计算线圈中的高频电阻,进而分析其最大品质因数及最优运行频率。对几个线圈原型的测量表明,该分析方法较好地预测了线圈在不同频率下的电阻及最优运行频率。使用两个外边长460 mm×208 mm、内边长312 mm×64 mm的矩形线圈所制作的无线能量传输系统,距离500 mm时,在稍低于预测的最优频率时获得的最大DC-DC效率为58.7%,接收端功率为50 W。     

无线充电系统实际Litz线绕平面线圈高频电阻分析与计算

线圈高频电阻的计算对无线充电系统线圈的优化设计至关重要.实际工程一般采用Litz线来绕制线圈以减小趋肤和邻近损耗,但由于扭绞工艺的影响,实际Litz线的电阻值介于理想Litz线和平行束导线之间.本文首先详细分析Litz线电阻的组成与影响因素;其次,提出采用理想Litz线和平行束导线的电阻来拟合实际Litz线电阻的计算方...     

传输线中趋肤效应的介绍及仿真

受趋肤效应的影响,在导线中分别流经高频电流和直流电流时,在导线横街面上的电流密度分布情况截然不同。详细介绍了趋肤效应的理论基础、考虑趋肤深度时导线电阻的计算公式,并利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件分别对圆形导线和矩形导线2种导线在不同频率情况下的趋肤效应进行了建模仿真,得出了导线的趋肤效应现象图。并通过对比不同频率时导线横截面的电流密度分布情况,验证了随着频率的升高,趋肤深度将越小,导线的电阻损耗越大。     

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。     

线圈高频损耗解析算法改进及在无线电能传输磁系统设计的应用

圆导体环形线圈在磁耦合谐振式无线电能传输系统中应用广泛,线圈高频损耗对磁耦合系统的分析设计和效率至关重要。针对目前解析计算方法在计算邻近效应损耗时的不足以及有限元仿真的局限性,本文以螺旋型线圈为例,深入分析了圆导体线圈的趋肤效应与邻近效应,提出了多匝圆导体线圈高频损耗的通用解析计算方法。该方法适用于任意形状(如螺旋型、涡状)的漆包线以及多股绞线线圈,比目前其他解析计算方法具有更高的精度和适用范围,且计算速度快。本文进一步将该方法应用于线圈Q值的优化,并通过实测验证了所提出的解析计算方法的计算高效性和模型准确性。     

无线充电平面螺旋线圈变匝宽新方案分析与优化

平面螺旋形线圈由于其结构简单,在无线充电中应用最为广泛。品质因数是评判线圈性能优劣的一个重要参数。在对其线圈磁场分布特点深入分析的基础上,结合高频涡流损耗机理,研究磁场强度、频率、线宽等因素对绕组损耗的影响,并根据这些影响因素分析了等宽度绕组中损耗分布的不合理性,提出绕组各匝变宽度的新方案,在不增大线圈面积的前提下,有效降低了高频电阻,提高品质因数,并通过仿真对比了各种不同的变宽度方案。相比于一般的等宽度方案,采用沿从内半径向外半径方向先增加绕组宽度再减小绕组宽度的方案,线圈品质因数最大可以提升至25%,样品测试验证了变宽度方案的有效性。     

基于相似原理的脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法

提出一种基于相似原理的脉宽调制(PWM)电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法,将PWM高频谐波涡流问题变换为降频涡流问题,从而减少时步有限元分析的计算步数并缩短计算时间。在以往相似方法基础上,进一步考虑了铁心磁饱和,并保持了基波电压、频率以及电机转速不变。以相似问题和原问题中磁场高频成分具有相同透入深度为条件,通过理论解析法分析两者在电机电流、电机电磁场和永磁体涡流损耗上的相似关系。以一台定子齿部存在磁饱和的表贴式永磁电机为例,将相似方法与传统时步有限元法进行比较验证,结果表明定子电流高频谐波相差不大于6.6%,在相似比为4时,永磁体涡流损耗相差-4.75%,计算用时仅为传统有限元法的1/5。通过测量线圈中放置金属块后线圈的阻抗变化以及测量电机永磁体的温升,分别对相似方法及其涡流损耗计算结果进行了物理验证。     

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶薄带的磁感应效应

研究了交流信号电压、直流磁场和限流电阻对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带磁感应效应和磁感应效应变化幅度的影响。结果表明,当信号为正弦交流电时,线圈感应电压也为同频率的正弦交流电压;当信号为矩形脉冲电压时,线圈感应电压则为同频率的尖脉冲电压。当信号为正弦交流电时,磁感应效应随着交流电压幅值的增大而增强,随着直流磁场强度和限流电阻的增大而减弱,磁感应效应变化幅度随着直流磁场强度和交流电压幅值的增大而增大,随着限流电阻的增大呈现出先增大后减小的趋势。     

采用铜包钢复合线的对称电缆邻近效应

考虑了对称电缆中电磁场的集肤效应、反射效应和邻近效应 ,计算出铜包钢对称电缆的传输参数 ,并证明当铜包钢复合线的铜层厚度与传输频率满足一定关系时 ,复合对称电缆的传输性能优于同规格的纯铜对称电缆     

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算

永磁同步电机永磁磁动势和电枢反应磁动势作用于磁路在气隙处除产生基波磁场外,还产生各种谐波磁场.气隙处各种谐波磁场相对于永磁体转速不同,相对转速不为零的谐波磁场会在永磁体内部感应出电场产生涡流损耗,引起永磁体发热甚至去磁.从产生涡流损耗原因入手,在二维直角坐标系下建立电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,并分析涡流损耗与电机参数的关系.对一种直驱式表贴永磁同步风力发电机进行了解析计算,并利用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明此方法可行.     

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算

针对谐波电流引起的转子涡流损耗在某些表贴式永磁同步电机中可能会引起很高的温升的问题,研究了一种永磁同步电机转子涡流损耗的解析计算方法,该方法考虑了转子电枢反应和电机有限长的影响.在二维直角坐标系下,建立电磁场方程,通过对电磁场方程的解析求解得到转子涡流损耗的解析表达式.通过一个端部系数来等效电机有限长的影响.针对转子涡流损耗测量困难的问题,采用了一种能准确分离出转子涡流损耗的间接测量方法.实验结果表明所提出的解析计算方法可行.     

考虑趋肤效应的铁磁材料宽频损耗分离模型

为在较宽频率范围内准确计算变压器铁心损耗,该文在不同频率下对铁磁材料的磁滞特性及损耗特性进行了测量,并基于损耗分离模型进行分析。为考虑趋肤效应对涡流损耗的影响,计算过程中分别采用不同形式的实数、复数磁导率表示材料磁感应强度与磁场强度的本构关系。研究发现,采用磁导率描述本构关系时,其数值不能从近似的直流磁化曲线中提取,而应将其视为随频率变化的量。基于上述结论,该文基于损耗分离理论对铁磁材料内部的磁场进行分离,并基于异常损耗场提出一种实数磁导率近似方法,从而实现基于少量低频下的测量数据预测材料在较宽频率范围内的损耗特性。     

超磁致伸缩材料动态磁滞特性理论分析

在考虑超磁致伸缩材料(GMM)内部磁场强度分布状况的基础上,结合动态J-A模型分析了GMM棒动态磁滞特性.通过与实验数据的比较,考虑磁场内部分布时的J-A模型能够较好地描述不同频率下GMM棒的动态磁滞特性,验证了该处理的有效性.利用该模型对GMM棒动态磁滞特性做出预测,结果表明高频驱动下应综合考虑内部磁场分布情况、涡流损耗和异常损耗.结合该模型和Z-L模型对GMM棒的动态输出特性做出预测,结果表明随着频率的增大,GMM棒的平均应变逐渐减小,滞环宽度逐渐增加,预测结果对GMM器件的设计和控制提供了参考.     

铁心电抗器绕组涡流损耗的计算

绕组涡流损耗和漏磁通大小与导线尺寸有关,文章研究了铁心电抗器轴向漏磁通及径向漏磁通的分布情况,以及非均匀磁场下的绕组涡流损耗的计算方法。研究结果表明,随着电抗器容量的增大,涡流损耗系数会大幅度增加,导线宽度尺寸的增加也会使涡流损耗系数大幅度增加。     

磁谐振无线电能传输系统空间磁场的时空特性

基于无线电能传输系统基本结构及磁谐振电能传输状态,对空间磁场的时空特性进行了较深入的研究。在毕奥萨伐尔定律建立的单线圈磁场的基础上,获得收、发线圈在空间产生的合成磁场解析表达式,由此推导出磁场强度矢量的极化公式。讨论了三种极化形式的形成原因与条件,提出了线极化是系统的固有极化,揭示了磁场极化具有空间分布的特殊性质。将分量幅值比、分量相位差、椭圆轴比作为分析空间磁场的极化参数,通过编程求解得到螺线管线圈系统的椭圆轴比的子午面分布图,发现磁谐振传输系统磁场存在一个线极化的碟形曲面。在此基础上,研究了平面螺旋线圈系统的磁场轴比分布特性。最后通过仿真和实验验证了磁谐振传输系统磁场时空特性解析分析过程与结论的正确性。     

基于磁共振的无线能量传输系统接收模块参数研究

基于磁共振的无线能量传输技术应用环境复杂多变,很难保证收、发线圈的参数和结构保持一致。本文针对发射模块参数不变的情况,研究了接收模块线圈半径、线径、线圈匝数和线圈长度变化对电感、电阻、品质因数、互感、耦合系数和传输效率的影响。理论计算与Pspice仿真均表明,线圈半径的变化对系统传输效率的影响最大,系统传输效率随着线圈半径的增大而增大,但当接收模块的线圈半径小于发射模块线圈半径的50%时,系统的传输效率迅速降低;增大线圈长度对系统的传输效率影响相对较大,增大线圈长度使系统传输效率先减小后增大;导线半径和线圈匝数的变化对传输效率的影响最小,系统传输效率随着它们的增大而略微增大。     

匝间短路状态下干式空心电抗器电感量的分析

针对干式空心电抗器匝间绝缘故障,采用磁矢位法对故障状态下空心电抗器电感量进行了分析。在分析过程中,考虑到故障线圈中环流所形成的磁场对干式空心电抗器电感量影响下,得出故障状态下干式空心电抗器电感量计算的精确解析表达式。在此基础上,利用电磁仿真软件MAGNET对干式空心电抗器磁场及故障线圈环流进行仿真分析,并对相同故障状态的电抗器进行不同频率下的电感量测量。由仿真和测试结果表明:故障线圈环流对干式空心电抗器电感量影响较大,其影响随着频率增大而增大,最终趋于稳定,这与故障状态下干式空心电抗器电感量计算表达式分析结果一致。由此可见,所推导的故障状态下干式空心电抗器电感量计算解析表达式可用于工程实践。     

金属圆导线交流电阻的确定

针对集肤效应使交流电流在金属圆导线中分布不均匀这一现象,从损耗的角度提出了交流电阻的概念。本文借助电路理论来分析集肤效应这个属于电磁场的问题。在对圆导线分层处理的基础上,导出了各层电流的数值计算公式,并求出了交流电阻值。文中计算了不同半径的圆导线在不同频率下的交、直流电阻及相互的比值并对影响其大小的因素进行了分析。