开关电源变压器传导共模EMI磁电综合模型

传统的变压器电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)模型仅考虑了电场耦合的容性效应,在低频段能准确评估变压器的电磁干扰特性,但在高频段,模型的理论分析与实测存在较大偏差。通过对变压器内部分布电场、漏磁场的磁电效应机理分析,指出变压器的传导EMI特性受到磁、电效应的综合影响,漏磁场对变压器高频段共模传输路径阻抗有较大影响。在此基础上,建立综合考虑分布电场、漏磁场影响的变压器传导共模EMI磁电综合模型,模型分析表明,漏磁场、分布电场的感性、容性等效参数的谐振是影响变压器高频段电磁干扰特性的关键因素。最后通过插入损耗测试验证新模型改善了EMI高频段的预测精度和EMI特性的评估效果。     

变压器匝间短路故障工况下的漏磁特性分析

针对变压器差动保护和重瓦斯保护无法灵敏和快速判别变压器轻微匝间短路故障的问题,研究了变压器正常运行与不同匝间短路情况下的漏磁分布特性。首先,推导了变压器绕组在空间中的磁密分布公式,分析了变压器正常运行时的轴向漏磁分布对称性规律;然后,搭建了“场-路”耦合110 kV三相变压器三维模型进行仿真验证,分析变压器在正常运行、不同故障绕组、不同匝间短路位置下的漏磁分布规律。最后,基于理论分析和仿真验证,提出了变压器内部漏磁传感器的布置方案,为基于漏磁信息的匝间短路故障辨识提供依据。     

梳状电场屏蔽体高频电磁场屏蔽特性分析与应用

开关电源中常用铜箔对磁性元件进行屏蔽以减小磁件与大地之间的电场耦合从而减小传导共模EMI发射。分析了传统全铜箔电场屏蔽体能有效屏蔽电场,但同时由于涡流效应也会影响高频磁场的分布,从而带来额外的涡流损耗和磁件电磁参数的变化,因此不适用于功率变换器中某些仅需要屏蔽电场但又不能屏蔽高频磁场的场合。提出的梳状电场屏蔽体结构具有只屏蔽电场,而不屏蔽高频磁场的特性,同时还能显著减低屏蔽体的临近效应涡流损耗。通过仿真分析了梳状屏蔽体结构参数对电场和高频磁场的影响。最后结合梳状屏蔽体在LLC集成漏感变压器中的应用验证了其实际有效性和可行性。     

考虑磁场频率特性的变压器共模EMI宽频建模方法

变压器是隔离型变换器的关键共模噪声路径,与传导和辐射电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)性能紧密关联。现有变压器EMI等效电路建模方法对多层交错绕组的宽频共模特性缺乏准确预测能力,文中针对该问题分析了变压器共模噪声路径对电感参数的敏感性,以及现有电路结构不适用于交错绕组的原因,提出一种改进型建模方法。通过磁场仿真提取电感频率特性参数,使模型能够反映变压器的宽频磁场特性。同时,通过改进等效电路结构,正确表示共模噪声路径和绕组电势分布。以绕线式变压器为对象,S21参数为变压器共模EMI性能的评估方法,实际测量与电路仿真结果在150k Hz～100MHz具有较好一致性,表明改进型建模方法能够在宽频段准确预测、评估变压器的共模性能和谐振尖峰,扩展了现有模型的适用范围。     

EMI无源滤波器高频特性及其改善方法的研究

为了便于设计高性能的EMI滤波器,分析了滤波器寄生参数对其高频特性的影响.依据各元器件寄生参数的特点及其相互间的耦合关系,建立了差模滤波器的高频模型.在模型的基础上采取相应的屏蔽技术和合理的布局方案,尽量减小各元器件之间的耦合程度.采用电路网络等效法,消除了器件自身的寄生参数效应,并以此来改善滤波器的高频特性.从理论分析和实验结果来看,该方法对改善滤波器寄生参数的高频效应起了很大作用.因此该方法及其结论对EMI滤波器的设计有直接的指导意义.     

单相变压器首端匝间短路电磁振动特性研究

针对单相变压器首端匝间短路问题,研究不同匝间短路比例下电磁振动特性,利用电磁耦合原理建立变压器匝间短路状态方程,仿真模拟不同短路比例下电磁参数及振动加速度变化,结果说明在不同比例匝间短路故障下,短路绕组电流方向改变、幅值变大,未短路绕组电流改变较小;内部漏磁增加,且短路绕组对应区域漏磁增加明显;由于电流及漏磁增加致使绕组振动加剧,随着匝间短路比例的提高,变压器电磁参数及绕组振动加速度进一步改变。最后,搭建匝间短路动模实验平台,测量变压器首端不同比例匝间短路故障下绕组电流及振动加速度,对比仿真结果与实验数据,验证了建模的有效性及所得结论的正确性。     

高频变压器不同负载下的传输特性

高频变压器是制造磁隔离电力电子变压器的关键装备。在寄生参数效应与负载效应的作用下,高频变压器的电压、电流传输比将不再等于绕组匝比,而是随频率发生变化。基于高频变压器的传输函数,研究了空载、短路与负载条件下高频变压器电压、电流传输特性的变化规律,揭示了寄生参数、负载与传输特性谐振频率间的关联关系,并通过一台20k Hz高频变压器进行了实验验证。考虑到实际应用于电力电子变压器的高频变压器所带负载情况比较复杂,进一步分析了传输不同功率、带不同功率因数负载等工况下,高频变压器电压、电流传输特性的变化规律。所做工作有助于认识和掌握高频变压器的传输特性。     

一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

高频变压器作为直流变换器中的核心功率部件,其漏感值的精确性对变换器工作模态及控制具有重要影响,尤其在高频工作条件下更为突出。目前针对高频变压器漏感计算,常用的一种方法是考虑高频效应的磁场能量解析法,基于磁场能量计算求解漏感。但由于该方法在计算磁场能量时采用了平均匝长的方案,磁场能量计算不准确,使得在匝比不为1的高频铜箔变压器中,漏感计算精度不够高。为此,文中提出了一种基于精确匝长的高频铜箔变压器漏感计算方法,在径向方向考虑实际匝长的变化,以此计算获得磁场能量,进而计算变压器漏感。该方法不受变压器匝比约束,在不同匝比下均可保证漏感计算精度。最后基于Ansys进行建模仿真,仿真结果验证了所提出漏感计算方法的正确性和有效性。     

高频变压器漏电感简化计算方法

绕组高频效应使高频变压器漏感参数具有复杂的频变特性.但传统算法并未考虑漏磁的频变特性导致计算精度较差,而现代计算方法单纯地套用Dowell公式,并且没有考虑不同绕组结构的漏磁分布特性,导致公式通用性较低,在实际工程中难以使用.本文在对高频变压器实际漏磁分布模型分析的基础上,提出一种高频漏磁分布等效变换模型,并基于磁链分...     

基于高频变压器一维模型漏感产生与减少研究

通过反激变换器的拓扑结构图与等效模型得到高频变压器漏感变化对开关管耐压的影响,并以平面卧式变压器为例建立一维模型,且进行了高频变压器漏感定量计算和研究,阐述了高频变压器漏感的危害。从高频变压器的一维模型出发,通过建立匝间距离ha、透入深度δ、线圈窗口在X轴上的宽度w等因素的数学表达式,利用关系曲线确定出影响高频变压器漏感大小主要因素。经过实验与研究分析,提出了增大绕组宽度、增大绕组高宽比、增加绕组之间的耦合程度新的减少高频变压器漏感的方法,实现了减少高频变压器漏感的目的,并以实验验证了该方法的可行性。     

反激变换器功率场效应管开通电流尖峰分析

反激变换器功率场效应管开通瞬间存在较大的电流尖峰,不仅产生电磁干扰,增加开关管的电流应力,而且当采用峰值电流控制方式时,可能导致开关管误动作。通过建立包括电路和变压器杂散分布参数的模型深入分析了电流尖峰的影响因素,提出相应的抑制措施,并进行了实验验证。     

集成模块用有源电磁干扰滤波器的设计

通过比较电力有源滤波器与电磁干扰有源滤波器的异同，分析了在电力电子集成模块的输入EMI滤波器设计中采用有源滤波技术的可行性，设计出用于集成模块的有源EMI滤波器，包括宽带电流互感器、线性放大电路及高频电流回馈环节。基于滤波器的T型二端口网络模型，研究了其放大倍数与补偿性能的关系，获得了稳态工作特性曲线：考虑到EMI信号的宽频谱特性，建立了电流互感器的高频简化物理模型，探讨了拓展其传输频带的有效方法。所设计的滤波器工作稳定，外形结构紧凑，仿真和实验结果表明其在较宽的频段内具有良好的滤波效果。     

开关电源高频变压器电容效应建模与分析

该文分析了开关电源中高频变压器在考虑了变压器绕组导体的电位分布情况下的电场储能特性和共模电磁干扰发射特性。指出采用一端口入端电容描述电场储能效应，而采用二端口转移阻抗电容描述共模电磁干扰发射效应，并提出了相应的参数计算方法。在此基础上，建立了新的高频变压器电容效应模型，该模型可以同时兼顾变压器的电场能量储存特性和共模噪音抑制特性，能合理地揭示变压器内共模噪音电流的流动机理。实验和仿真结果均验证了理论分析和模型。     

基于漏磁场和ICOA-ResNet的变压器绕组早期故障诊断

针对变压器绕组变形、轻微匝间短路故障诊断准确率低的问题,提出一种变压器绕组早期故障诊断方法。首先,利用ANSYS仿真软件建立与实验变压器相关参数一致的有限元模型,分析变压器在绕组发生各种故障的漏磁场分布规律,并根据这些规律选取合适的故障特征以及光纤漏磁场传感器安装位置。然后,通过改进长鼻浣熊优化算法(improved coati optimization algorithm, ICOA)寻找残差神经网络(ResNet)的最优超参数,以此参数构建ICOA-ResNet模型,将所得故障特征量输入模型进行故障诊断。最后,通过仿真数据和动模实验验证所提出的变压器绕组早期故障诊断模型的可行性。所提模型与支持向量机等4种模型相比,在绕组早期故障诊断上有更高的准确率,表明所提方法对变压器绕组变形、匝间短路故障诊断的有效性。     

考虑中频变压器非理想几何结构的通用漏感解析模型

中频变压器非理想几何结构引起的畸变磁场对漏感解析计算精度有较大影响,进而影响变压器设计及变换器运行特性和效率特性。首先针对副边绕组为非理想几何结构的漏感解析计算问题,基于叠加定理和洛氏高度等效方法,将传统只考虑纵向漏磁场的一维模型,改进为综合考虑纵向和横向漏磁场的二维模型,显著提升计算精度,并依据此模型提出一种通用漏感优化方法。进一步,针对原副边均为非理想几何结构情况,引入洛氏叠加区域,将原副边非正交且耦合的横向漏磁场能量考虑在内,提出一种计及中频变压器非理想几何因素的通用解析模型,计算误差在7.5%以下。仿真和实验验证了模型的准确性和通用性。     

基于“场-路”耦合有限元分析法的变压器短路电抗仿真的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,开展变压器短路电抗的仿真计算研究,对于获取各种绕组变形故障时的特征信息具有重要意义。基于实验室中一台模型变压器的结构参数,分别建立了绕组正常及存在匝间短路故障时的有限元仿真模型,利用"磁-路"耦合的方法对变压器的漏磁场和漏感参数进行了计算,分析了绕组变形位置与变压器漏磁场之间的关系,并与在模型变压器上的实验结果进行了对比,结果表明:绕组内部发生匝间短路故障时,在径向中部的匝间短路对漏磁场的影响较大,而在轴向中层绕组的匝间短路对漏磁场的影响较小。研究成果对于指导短路电抗法的现场应用和绕组故障的检测提供了一定的理论依据。     

构成平面EMI滤波器元件电磁参数的提取

平面型电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器因其易于进行磁集成、寄生参数小、抗电磁干扰强等优点在航空领域具有很好的应用前景。论文提出一种以"圆环型"结构为基础的EMI共模、差模模块,其中,前者通过将"电感和电容"(LC单元)集成于一体构成,后者利用前者泄漏的磁场而形成的漏感和一个独立的差模电容器构成。提取这些模块单位长度的电磁参数是分析各模块甚至整个滤波器特性的基础。论文建立LC单元的轴对称静电场模型,提取各线匝之间的部分电容;建立LC单元线匝系统的时谐磁场模型,在计及线匝导体集肤效应、邻近效应、磁芯损耗的基础上,提取了各线匝电感、电阻;建立LC单元形成漏感的时谐场模型,并提取该漏感,该漏感即为差模电感;差模电容可以直接采用平行板的近似表达式求得。结合适当的边界条件,利用所建立模块的分布参数模型对其阻抗的频率特性进行了测试,验证了提取参数方法的正确性和数值的准确性。     

反激变压器传导共模EMI特性分析

为了研究反激变压器传导共模EMI特性的问题,在分析反激电源传导共模噪声传输机理基础上,提出了变压器可视为共模滤波器的新观点.通过理论分析变压器的容性效应,明确了影响变压器共模噪声抑制能力的关键因素,优化设计变压器绕组结构,改变原副边绕组间的容性分布参数,可改善变压器的传导共模EMI特性.最后,通过一台反激电源样机进行了...     

基于传输线变压器理论的传导EMI噪声测试网络

对传导电磁干扰进行准确测量是对设备电磁干扰进行准确量化和有效降低电磁干扰的重要工作。传统的噪声分离电路没有考虑变压器的寄生参数,在测试端口处CM噪声与DM噪声相互干扰较大。针对该问题,本文结合传输线变压器理论设计了一种新型的传导EMI噪声测试网络。该网络对变压器的寄生参数进行了良好的控制,对测试网络的输入、输出阻抗进行了精确的匹配。在PSpice中建立电路仿真模型对噪声分离网络进行仿真,从仿真结果可以看出该网络有良好的传导EMI噪声分离效果。     

基于EMI滤波器的逆变器传导电磁干扰的抑制

由于干扰源和负载阻抗对EMI滤波器的滤波效果有很大影响,根据PWM逆变器的传导干扰源和负载阻抗的特点,在已有的EMI滤波器结构选取原则的基础上,提出了一种设计EMI滤波器的方法,使得EMI噪声到达LISN时,经过了最大限度的衰减,给出了共模和差模干扰的设计实例,实验结果表明,该方法简单、有效.