采用永磁体预偏磁的高频功率电感设计方案

随着功率变换器向高效率、高功率密度方向的发展,如何缩小高频磁性元件的体积越来越重要。但高频磁性材料的饱和磁密限制了磁性元件,尤其是大电流直流电感体积的减小。除了进一步开发高饱和的磁性材料外,应用永磁材料的预偏磁抵消电感的直流电流偏磁成为业界关注的热点。详细分析了目前的永磁体预偏磁方案,针对目前方案的不足,提出了新的永磁结构思路以及磁路参数设计要求,达到了增强电感器载流能力、减小体积、提高功率密度的效果,同时又能克服永磁体因高频涡流效应而过热及被冲击电流脉冲退磁的问题。通过仿真与样品设计及实验测量,证明了理论分析的正确性以及设计方案的有效性。     

正激功率变换器的磁集成

正激功率变换器广泛应用于中小功率电源变换场合.磁集成技术有助于降低磁元件绕组电流纹波及器件开关损耗,提高电源效率.通过对磁芯内部磁通有效合成,可减小交流磁通和直流偏磁,降低磁元件体积和重量.这里比较了正激功率变换器中分立磁件、解耦集成磁件和耦合集成磁件,分析各自输出纹波电流与磁路磁阻的关系,建立了100W原理样机,得出...     

基于内置式永磁预偏磁的高频功率电感技术

在电力电子变换中,有很多始终处于单极性工作状态的电感,从磁化曲线上看就是始终工作于第一象限。基于永磁体的预偏磁电感技术可以将磁化曲线的起始工作点从零点预偏置到相反方向,从而有效拓宽磁通密度的有效工作范围,并缩小这类电感的体积。常规预偏磁电感都是将永磁体内置到气隙中或是外置构成并联磁路,但在电流产生的高频磁通通过永磁体时,会在永磁体内引起严重的涡流损耗问题,并导致电感损耗且发热增加严重,同时过高的温度会引起永磁体的退磁风险。该文介绍一种磁路设计方法,通过内置式永磁预偏磁方案,可以有效地解决实际应用中出现的结构复杂和永磁体损耗问题。通过理论分析,并结合电磁仿真和实验进一步验证,结果显示这种磁路设计方法可以有效地解决预偏磁技术在高频电感应用中的退磁问题。     

CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

三相“UⅢ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干扰,本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的"UⅢ"形并且可以改变耦合度的无气隙耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关磁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"UⅢ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。     

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

混合消偏磁滤波用直流电感器的设计分析

针对永磁体电感器的永磁体容易退磁及永磁体尺寸选取较复杂的问题,提出一种含永磁体和直流励磁电流混合消偏磁分量的直流滤波用电感器模型。通过对其等效磁路模型进行分析,表明该结构模型的电感器能够达到较好地消直流偏磁效果,且能较好地避免永磁体处于强直流场中而导致的退磁效应,并且新型混合消偏磁结构电感器能够动态地调节铁心材料的工作点,使其一直工作于所需的状态,从而得到满足条件的电感值。最后在电磁场有限元仿真软件中建立模型,仿真结果证明了混合消偏磁结构模型的有效性及可行性。     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器

为实现更高的电压增益,提出一种耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器。该变换器通过设计耦合电感匝数比和调节占空比来实现高电压增益,采用磁集成磁件设计方案,减少了变换器磁件的体积和数量。该文首先分析变换器器件的应力,给出变换器电压增益与占空比之间的变化关系;然后,利用磁路-电路对偶分析法推导得到耦合电感与输入电感解耦集成磁件的磁路模型,获得了输入电感与耦合电感之间的解耦磁集成设计准则;最后,搭建一台额定功率为300W的实验样机,对所提出的变换器和解耦集成磁件设计理论进行实验验证,验证了理论的正确性。变换器的效率达到93%以上,在光伏发电系统中具有一定的实用性。     

LLC谐振变换器UIU型电感-变压器磁集成设计

采用解耦磁集成方法,结合磁路-电路对偶变换,得到LLC谐振变换器UIU磁芯结构的三线圈磁集成模型。分析了UIU磁芯三线圈磁芯结构,建立UIU磁路-电路等效模型,推导出以UIU磁芯为基础的LLC变换器三线圈集成设计公式。仿真磁通分布表明在缩小体积和减小边缘磁通方面,UIU磁芯结构优于传统EE磁芯结构。使用UIU磁芯结构建立三线圈模型进行瞬态电磁场分析和温度场分析,表明该磁芯结构工作磁通密度和工作温度符合设计要求。设计1台谐振频率180 kHz、输出功率10 W的实验样机,实验结果验证了UIU磁芯结构三线圈模型的适用性和有效性。     

基于RMXPRT和MAXWELL的永磁同步电动机优化设计

利用基于磁路法的RMXPRT软件对一款50kW、200V的永磁同步电动机方案进行优选,得到较为理想的电机方案后将其导入到电磁场有限元分析软件MAXWELL进行优化计算.算法选用遗传算法,以永磁同步电动机的极弧系数、极弧偏心距和永磁体厚度作为优化变量,以气隙磁密、齿槽转矩和永磁体面积作为优化目标.优化后效果明显,对实际应...     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

一种新型横向磁通永磁电机的建模与参数优化

针对聚磁式组合定子横向磁通永磁电机优化设计这一复杂非线性规划问题,首先分析了电机主要结构参数与力能指标的关系,确定了优化目标和优化变量,并在此基础上提出一种磁场分析和插值计算相结合的特种电机优化建模方法.从而克服了等效磁路优化模型计算精度低和三维磁场模型计算效率低的不足.同时将随机智能优化方法粒子群算法及其改进算法引人电机参数的优化过程,避免了传统优化方法对优化变量初始点的强依赖性.通过对不同优化结果的对比、分析,表明在满足样机输出转矩要求的前提下可以实现转子磁钢用量和电机整体体积最小的尺寸优化目标,充分证明了优化设计的正确性和工程实用价值.     

永磁电机定子过盈量的优化设计研究

永磁电机定子装压过盈量会造成电机主磁场变化,使实际电机的性能偏离设计值。为了优化设计,依据铁磁学理论和磁路定律,研究过盈量对定子铁心产生应力、应变的影响,提出定子磁压降与过盈量的解析方程。以一台560 kW电机为研究对象,建立求解模型并进行仿真运算和试验,证实了求取最优过盈量的有效性。本文的分析结果对永磁电机优化设计提供了一定的借鉴意义。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。     

稀土永磁同步电机磁路计算机辅助设计

研究了稀土永磁同步电动机磁路的计算机辅助设计,给出了矩形磁钢、瓦形磁钢以及聚磁结构中磁钢的等效处理方法,考虑了温度对磁钢工作点的影响,研究并比较了求解磁钢工作点的几种优化方法的有效性.     

新型直驱永磁风力发电机电磁场数值分析

以新型直驱永磁风力发电机为研究对象,在完成采用XLPE高压电缆作为定子绕组的1.5 MW/10.5kV内转子新型直驱永磁风力发电机电磁设计的基础上,在Ansoft Maxwell环境下建立发电机二维模型,对发电机各个工况下的电磁场进行有限元仿真与分析,包括静态空载、额定负载、不对称短路故障情况,对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响是否会发生局部失磁进行分析,验证新型永磁风力发电机电磁设计的可行性。结果表明,新型风力发电机与传统永磁风力发电机电磁场分布规律一致,且其额定电压高,绕组电流密度较小,额定负载与单相短路情况下永磁体磁场受电枢磁场影响较小,铜耗和铁耗也较小,同时在极端短路情况下永磁体局部不会出现永久性退磁,设计方案可行。     

带永磁的桥式磁系统优化设计

本文对带永磁的Ｈ型桥式磁系统建立了优化设计数学模型,给出了等效磁路及其计算方法,计算结果令人满意。     

基于JMAG软件的高速永磁电机的研究与设计

基于磁路分析设计法,提出了5kW高速永磁电机的设计方案,并对设计过程中的电机极数、永磁体厚度、绕组节距以及极弧系数进行了优化仿真。通过JMAG软件建模仿真,完成了对高速永磁电机的磁密、磁感线、空负载电动势以及电机转矩的分析,该电磁方案可为高速永磁电机设计与优化分析提供一定的理论依据。