开关电源集成磁元件线圈交流损耗机理及双电阻模型

本文根据开关电源集成磁元件的电路工作特征,将其线圈电流分解为变压器分量电流和电感器分量电流,从理论上论证了两分量在频域上的正交性,指出了集成磁元件的线圈交流损耗为变压器分量损耗和电感器分量损耗之和,建立了表征线圈交流损耗的双电阻新模型,应用于集成电感功能的变压器和集成变压器功能的电感,并采用有限元仿真软件分析了集成磁元件线圈损耗的特点     

大功率、高压、高频变压器的串联优化设计

高频效应、损耗、散热和绝缘的合理设计是大功率开关电源变压器的设计难点。为此,提出了一种大功率、高压、高频开关电源变压器的串联优化设计模型。针对该模型,以流过理想化的双向矩形波电流波形为特例,从Dowell公式推导出了线圈最优层数与最优层厚的关系,并提出了一种等面积算法来将Dowell最优层数换算到圆导线线圈最优层数,进而可确定最优线圈高度。结果表明,串联设计保证了单机容量的增大,而优化设计使得高频效应和损耗达到要求。采用该模型设计,能够在整个变压器匝数已知的情况下,对线圈高度、线圈最优层厚和最优层数进行合理的计算和优化。     

电感气隙损耗抑制方法研究:综述

气隙是开关电源中高频电感必不可缺的结构,但是因气隙而产生的扩散磁场会给绕组线圈带来额外损耗,造成绕组过热以及效率降低。几十年来,研究人员提出三大类方法以抑制该类型损耗。通过分析和总结每类方法的原理和优缺点,为设计人员开展电感设计提供一定参考。     

考虑损耗后变压器线圈暂态电压分布的计算

提出了一种用于计算电力变压器线圈暂态电压分布并考虑线圈实际损耗的等值电路。在分析了这种含有串联电阻和耦合电感电路的特点之后，推导了适于Ｂｅｒｇｅｒｏｎ方法的两种计算公式，给出了实际计算结果。     

基于TEAM P21基准模型的杂散损耗测量方法研究与验证

基于TEAM P21基准模型,结合电磁场仿真软件,对不同频率下导磁构件的杂散损耗问题进行了实验及仿真计算研究。在TEAM P21基准问题中,由于导磁构件会对励磁线圈的漏磁通带来影响,所以传统的通过负载(励磁线圈加结构件)损耗减掉空载(励磁线圈)损耗得到的导磁构件损耗会带来一定误差。为避免此误差,提出了一种测量导磁结构件杂散损耗的新方法,即在仿真软件可对励磁线圈(铜线圈,线性材料)损耗进行较准确计算的前提下,通过仿真计算得到有空载及负载工况条件下的励磁线圈损耗差并对实验结果进行修正。所提出的测量方法和获得的实验数据有助于得到更准确的导磁构件杂散损耗实验结果并有助于提高仿真计算的准确性。     

带抽能线圈并联铁心电抗器的分析

提出带抽能线圈并联铁心电抗器的等效电路和电感参数(自感和互感)设计公式,通过对这种特殊并联电抗器三维非线性磁场的有限元分析,准确地计算出电抗器的电感参数以及抽能线圈空载和负载情况下电抗器的伏安特性曲线.对一个试验模型和两台电抗器进行计算表明,应用此方法获得的计算结果与测量结果吻合.     

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。     

基于倍流整流&半桥逆变的感应式无线供电系统

针对感应式无线供电(IPT)系统线圈损耗较大的问题,提出了一种基于倍流整流&半桥逆变(CRHI)和双边LCC补偿网络的电路结构,在保障系统输出电流增益的同时,对线圈中的电流大小进行优化并提升了系统能量传输效率.为进一步降低线圈损耗,针对系统线圈损耗模型进行分析,通过调节接收端的Buck-Boost变流器占空比和发射端的...     

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.     

汽轮发电机暂态分析中计及励磁电流集肤效应的时步有限元模型

在利用场路耦合时步有限元方法对汽轮发电机暂态过程进行仿真计算时,对励磁绕组模型的考虑,往往通过列写整个回路的电路方程表示;该方法无法准确描述励磁绕组中涡流的分布及其对损耗的影响等问题;为了准确的反映电机暂态过程下励磁绕组中涡流的影响,该文先对励磁绕组中各导体单独列写方程,再利用整个回路的电压方程将其联系起来,同时施加串联约束条件;最终得出考虑串联约束条件下计及涡流分布的励磁绕组新模型及基于该模型下的场路耦合时步有限元方程。以一台300 MW汽轮发电机定子三相突然短路情况为例,采用不同的励磁绕组模型进行时步有限元计算,通过对比分析励磁绕组中的电流分布与瞬时损耗等,说明该方法的合理性。     

矩形截面圆环铁氧体磁芯电感器频率特性

本文建立了铁氧体磁芯电感器的集中参数模型,该模型包括电感、寄生电容及等效的损耗电阻等参数。其中等效的损耗电阻考虑了绕组导线由于集肤和邻近效应的交流电阻,同时将铁氧体磁芯的损耗等效为与频率有关的电阻。通过实例,给出了模型的等效串联电阻、等效串联电抗和相位角的计算值和测量值随频率变化的曲线,并进行了比较。计算结果与网络分析仪测量结果有很好的吻合,验证了模型的正确性。     

一种新型高频功率电感器分布磁压结构

在分析高频电感器线圈涡流损耗构成及起因的基础上，提出通过设计电感器磁压以减小其线圈涡流损耗的研究思路，并据此研究思路，提出一种具有分布磁压的新型高频电感器磁芯结构。新结构通过在开集中气隙的高磁导率磁芯柱与线圈间加入低磁导率磁材料，为电感器的磁压分布构造一辅助磁路，进而使电感器线圈窗口内的磁场分布均匀化，大大减小了线圈涡流损耗。与已有的高频电感器磁芯比较，新结构工艺简单且不增加磁芯损耗。应用电磁场有限元仿真软件对新型分布磁压结构进行了分析与设计，给出了设计指导，并进行了实验验证。     

无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析

无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。     

基于谐波损耗的干式变压器降容研究

IEEE Std C57.110中给出了计算电流畸变情况下变压器损耗的计算方法,其利用绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子计算变压器的涡流损耗和杂散损耗,但忽略了绕组高频交流情况下集肤效应和邻近效应引起的附加损耗,计算精度受到一定影响。为了精确计算变压器谐波情况下的损耗,引入了绕组电阻谐波损耗因子,考虑了谐波情况下绕组集肤效应引起的损耗,并据此计算变压器最大负荷电流。在此基础上,研究了电流畸变率对干式变压器降容率的影响,计算结果表明谐波对干式变压器最大负荷电流及带负载能力有较大影响,当谐波畸变率达到60%时,变压器带负荷能力减小一半。     

临界模式Boost功率因数校正电路中电感损耗的分析与比较

介绍了临界模式功率因数校正电路的工作原理和特点.通过对电感损耗的分析发现,高频电流在磁芯气隙附近产生的邻近磁场会在电感绕组上产生较大涡流损耗.避免在气隙附近绕线可以减少这种涡流损耗.根据绕组分布方式不同设计了5个电感,应用于200W的PFC样机上,通过实验比较,验证了这种新的绕组布置方法的优越性.     

车用扁铜线永磁同步电机绕组损耗优化方法

电动汽车的普及符合国家可持续发展战略,扁铜线永磁同步电机因其高功率密度成为各电动汽车企业研究的热点。然扁铜线绕组产生的高频涡流损耗使得扁铜线永磁同步电机在高转速区域的铜耗大大增加,输出功率急速降低。为了有效解决其高频下输出功率降低的问题,本文提出一种扁铜线绕组优化的方法,能够有效降低扁铜线绕组损耗,提高扁铜线绕组电机高转速下的输出效率。并以一台48槽8极电动汽车用扁铜线永磁同步电机为例,建立场路耦合计算模型,计算比较电机绕组优化前后交流绕组铜耗及转矩输出,验证了方法的有效性。     

基于神经网络的电动机绕组温升预测研究

针对电动机发热和散热过程复杂、难于准确计算的问题,以大量实验为基础,基于人工神经网络,建立了电动机热过载数学模型,通过采用Matlab计算软件,编制了计算程序对异步电动机温升进行智能预测。实验结果表明,该模型实现了对长期稳定负载以及频繁起动时电动机绕组的温升进行准确预测与计算,为研制高性能的电动机保护器奠定基础。