典型非正弦电压波激励下高频磁心损耗（英文）

精确预估非正弦电压波激励下高频磁心损耗,对于隔离式双向全桥DC-DC变换器中高频变压器的精细化设计至关重要。本文结合典型工作模态下矩形、梯形电压波,提出了修正Steinmetz公式和损耗分离公式的改进解析计算方法,引入仅与占空比和上升时间有关的修正系数,据此可直接利用正弦波激励下的Steinmetz模型参数和磁心损耗分离模型参数,快速获取典型工作模态下磁心损耗。基于若干峰值磁通密度和频率下的正弦磁心损耗,利用回归分析获取Steinmetz模型参数和磁心损耗分离模型参数。分别对环形纳米晶、非晶合金、铁氧体和3%取向硅钢磁心开展非正弦激励下的磁心损耗测量实验,将实验结果与解析结果进行比较,验证了典型非正弦激励下解析计算方法的准确性。     

大功率中频三相变压器绕组和铁芯谐波损耗模型

基于磁耦合三相双有源全桥DC/DC变换器的固态变压器适合于大功率应用场合,精确预估其核心磁性元件—大功率中频三相变压器在非正弦电压激励下的绕组与铁芯损耗,研究不同工作模态、不同绕组联接方式下变压器损耗的变化趋势,对于固态变压器精细化设计至关重要。在对隔离式三相双有源全桥DC-DC变换器工作原理进行分析的基础上,建立Y-Y、Y-Δ和Δ-Δ型绕组联接方式下变换器的等效电路模型和相量图,采用基波分析方法推导出中频三相变压器绕组非正弦电流的谐波计算表达式,考虑各阶次谐波频率下集肤效应和邻近效应对交流电阻的影响,实现绕组损耗的计算。结合不同绕组联接方式下电压波形和移相控制方式,推导出六电平阶梯波和三电平阶梯波电压激励下的分段线性磁密波形表达式,结合各种修正的Steinmetz经验公式的简化解析计算式,计算出不同移相角下的铁芯损耗。针对5 kHz/15 kW纳米晶合金铁芯中频三相变压器模型,将该方法的计算结果与有限元仿真和实验测量结果对比,验证了该方法的有效性。     

基于基波分析方法的绕组电流谐波计算研究

三相双有源桥DC-DC变换器的固有软开关能力、滤波电容器电流低等特点而广泛应用于直流配电网。基于三相双向有源桥DC-DC变换器的拓扑结构,分析了不同联接方式下的高频三相变压器的电压电流波形。基于变压器在三种不同联接方式下的近似等效电路模型和电压与电流之间的相量图,采用基波分析方法推导了高频三相变压器绕组电流的各阶次谐波计算表达式,结合各阶次谐波频率下的交流电阻系数表达式,进而实现绕组高频损耗的计算。最后,将解析计算结果与仿真结果进行对比,结果表明各阶次谐波电流幅值、绕组总损耗值与解析计算方法的最大误差为8.4%,验证了解析计算方法的正确性。     

非正弦激励下纳米晶材料高频磁心损耗的计算方法改进与验证

软磁材料广泛应用于各种电气设备的铁心，磁心损耗的精确计算关系着电气设备的效率。尤其是高频非正弦激励条件下磁心损耗的精确计算，是逆变器、电力电子变压器和高频电抗器等电力电子装置的优化设计的重要组成部分。该文首先总结了几种非正弦激励下的磁心损耗的计算方法，对比几种改进的Steinmetz经验公式，分析磁化过程对磁心损耗的影响；然后提出一种考虑磁感应强度变化率的改进Steinmetz波形系数公式（WcSE）计算模型，推导出高频方波和矩形波激励下的损耗计算表达式；接着搭建高频非正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统，在频率为10～70kHz范围内对环形纳米晶样品（FT-3KL和FT-3KS）进行不同占空比的方波和矩形波激励下的高频磁特性实验，得到方波和矩形波激励下的磁心损耗实验测量值；最后对比实验值和几种修正Steinmetz模型的计算值，并进行误差分析，得到改进的WcSE计算模型的平均计算误差在20%以内，均小于Steinmetz修正公式、修正广义Steinmetz公式和WcSE的计算误差的结论，验证了所提改进的WcSE新模型的计算精确性，为电力电子装置的磁心损耗预测以及优化设计提供了重要依据。     

LLC谐振变换器大功率高频变压器分析与设计

随着电力电子技术的快速发展,大功率电力电子高频变压器得到广泛关注。对于LLC谐振变换器,变压器的设计对于提高其变换效率和功率密度至关重要。针对一个应用在LLC谐振变换器中的60 kW大功率高频变压器,从磁芯损耗和绕组损耗计算出发,用修正的斯坦麦斯公式计算磁芯损耗,将正弦激励下的绕组损耗模型等效为一维涡流模型,力求总损耗最小。详细给出了其设计关键考虑点、设计思路、分析依据和优化方案。最后通过仿真验证了设计的正确性。     

一种基于遗传算法的高频反激变换器的优化设计

在理论分析的基础上,以优化高频变压器的磁芯功率损耗和绕组功率损耗为目标,以单端反激式变压器为例建立了高频变压器的总功率损耗计算模型。在该功率损耗计算模型的基础上结合从系统角度设计DC-DC变换器的方法,采用一种基于遗传算法的高频DC-DC变换器的优化设计方法,得到了设计参数的最优取值。利用优化设计方法设计了高频DC-DC变换器印制板电路,实验验证了优化设计方法的正确性。     

正弦与非正弦激励下高频变压器磁心损耗计算与验证

提高正弦和非正弦激励下的磁心损耗模型的计算精度,对高频变压器的设计与研究有重要意义.本文首先在经典正弦损耗分离模型的基础上引入涡流和剩余损耗修正系数,推导出在方波与三角波电压激励下修正的损耗分离计算模型,并通过实验室搭建的磁特性测量系统测量出非晶与纳米晶磁心的损耗数据.其次,依据损耗系数随磁通变化的特性,提出一种改进的损耗分离模型的方法,与经典模型相比有更高的准确性,并得出非正弦激励下改进的计算模型.最后,对比分析方波与三角波电压激励下的计算结果与测量值,验证了本文提出的改进损耗分离模型的有效性与可行性.     

非正弦激励下磁心损耗的计算方法及实验验证

在电力电子装置中,磁性元件的输入电压波形往往不是正弦波,研究非正弦激励下电力电子装置中磁心损耗的计算方法有重要意义。首先介绍正弦激励下磁心损耗的计算方法,在此基础上研究了非正弦激励下磁心损耗的计算方法,得到了修正铁耗分离法和修正Steinmetz经验公式法计算式。其次,考虑磁心叠片的趋肤效应,对修正铁耗分离法做了进一步改进。然后,对环形非晶和纳米晶磁心的损耗测量结果进行数值拟合,得到了非正弦激励下两种方法的解析计算式,并比较了应用两种计算方法的损耗计算结果。最后,分别对环形非晶和纳米晶磁心开展非正弦激励下的磁心损耗测量实验,将实验结果和上面两种计算方法的解析结果进行比较,验证了非正弦激励下两种计算方法的准确性。     

高频LLC变换器平面磁集成矩阵变压器的优化设计

为了进一步提高应用于低压大电流场合中的LLC谐振变换器的效率和功率密度,减小器件并联带来的不均流和局部过热等问题,输入侧绕组串联、输出侧绕组并联的平面磁集成矩阵变压器得到广泛使用。然而,传统矩阵变压器大多采用分离磁心实现,产生的绕组损耗和磁心损耗较大,同时也限制了功率密度的提高。该文基于磁通抵消原理,将原来需要独立磁心实现的矩阵变压器集成到单个磁心中实现,进一步减小了磁心体积和磁心损耗;同时给出一种变压器绕组损耗和磁心损耗计算模型,并基于该损耗模型提出一种磁心损耗与磁心所占印制电路板面积的折中优化设计方法。最后,采用高频宽禁带氮化镓器件,设计了一个功率400W、谐振频率1.5MHz的实验样机,验证了所提平面磁集成矩阵变压器优化设计方法的正确性和有效性。     

不同激励条件对铁氧体磁心损耗的影响

在软磁器件的设计中,磁心损耗的计算是设计人员的重要工作内容.在不同的激励条件下,磁芯的损耗也不同.综合介绍了直流偏置,矩形波激励和方渡激励务件下铁氧体磁心损耗模型.在有直流偏置的正弦波激励下,铁氧体磁心损耗会增大.在不同激励条件下通过对经典斯坦麦茨(Steinmetz)公式进行修正后其计算结果更符合实际情况.     

方波激励下纳米晶体铁心损耗模型建立与验证

为了实现电力机车小型化轻量化的发展要求,国内外专家考虑通过采用提高变压器的工作频率减小变压器整体的体积和质量。铁心作为高频变压器的关键部件,可以准确计算铁心损耗,对中高频变压器的设计和优化具有重要作用。针对高频变压器铁心通常是工作在方波或脉宽调制(PWM)波等非正弦激励下的特点,对传统Steinmetz损耗计算模型进行了优化改进,给出了考虑磁密的变化率及波形系数对损耗的影响的Steinmetz改进损耗模型。同时,为了提高损耗模型在不同特征频率下的通用性,进一步对损耗模型系数的非线性进行研究,给出了模型系数随频率变化的非线性函数。最后,利用有限元计算结果同实物测量结果进行比较,证明了所提损耗模型在方波激励下对纳米晶体铁心计算的准确性。     

基于损耗分析的大容量高频变压器铁芯材料选型方法

铁芯材料的选择对大容量高频变压器的磁拓扑性能具有决定性影响,而损耗特性最为关键。为此,针对高频方波激励,采用改进的Steinmetz公式分析了变压器3种常用磁性材料即铁氧体、纳米晶和非晶材料的损耗特性与频率、磁通密度的关系,并给出了磁性材料损耗密度的三维表征图。在对损耗密度进行分析的基础上,将铁芯总损耗与高频变压器视在功率的比值定义为损耗因子,并依据损耗因子的三维表征图与实例分析,结合工作频率和体积等因素比较了3种典型磁性材料所制成的铁芯的损耗特性。分析指出,损耗因子是衡量高频变压器损耗特性优劣的重要指标,以最低损耗因子水平结合体积与成本因素进行分析,可作为铁芯材料的具体选择准则。     

电容式电流互感器额定电压下介质损耗试验分析

介质损耗测试是电容式电流互感器绝缘测试中十分重要的项目。但随着设备电压等级越来越高,常规的10kV介质损耗测试由于其电压与设备额定电压相差甚远,其测试数据难以全面反映出电容式电流互感器的绝缘特性。为此提出电容式电流互感器在常规介质损耗测试中出现异常情况时,追加进行额定电压下的介质损耗测试。以孙村220 kV变电站201C相和211C相两台电容式电流互感器为例,介绍了其在额定电压下介质损耗测量的试验过程,并结合试验数据对试验结果进行了相关的阐述和分析。     

500kV变压器直流偏磁下的铁心损耗分析研究

为了研究变压器直流偏磁下的铁心损耗,文章以某一核电站500 k V主变压器为例,在二维有限元瞬态场A–φ算法基础下构造了直流偏磁下的变压器二维仿真损耗模型。在仿真中,偏磁直流量从0 A增加至30 A,可得到变压器铁心的损耗分布。结果分析可表明:随着偏磁直流量的增加,励磁电流会产生畸变和较大的偶次谐波,并导致铁心局部损耗增大,其中:铁心主柱与上、下铁轭交接区域的损耗值受到直流偏磁的影响最大,铁心水平路径的损耗值相较于垂直路径受直流偏磁的影响较大。     

节能变压器结构和特点

电网损耗占供电容量7.7%,而变压器损耗占其中大部分,因此采用节能变压器是节能工作的重大措施。降低变压器损耗可从降低铜损、铁损、杂损,消除"大马拉小车",提高运行性能着手,采取改进材质、改造部件结构、使工作原理与工作特性相适应等措施。介绍了超导、非晶、卷铁心、R型卷铁心、立体铁心、单相柱上、调容量、有载调压、中阻抗除尘、低压节电器、铜铁损耗比适配、采用细磁畴高导磁硅钢片、低阻低损导线等13种节能变压器的原理、结构、特点并加以对比。如措施组合,节能会更多。指出S7、S9、S11系列变压器的损耗比较适宜单班制生产,对连续负载和农村负载并不节能。     

Effects of direct currents in power transformers Part I. A general theoretical approach

The DC component of current circulating in power transformers produces a certain degree of core saturation. The waveshape of the excitation current displays a pulse of high magnitude at each cycle. The width of the pulse depends on the period of the cycle under saturation. This excitation current induces a drop of potential across the primary winding impedance thus reducing the magnetizing voltage and injecting harmonics into the network. Moreover, it is demonstrated that this condition of operation will increase copper and stray losses but will tend to decrease iron losses.In order to study the detrimental effect of direct current, the equivalent circuit of a power transformer has been reviewed to confirm its applicability under partial saturation of the core. For single-phase transformers, the mathematical model developed allows calculation of rms and crest values of magnetizing current, core flux and magnetizing voltage, along with copper and core losses.     

Transformer modelling for distribution system studies. I. Linearmodelling basics

A distribution transformer modeling procedure is discussed which represents the distribution transformer with a minimum of input data for network, load, and fault studies, thereby allowing the transformer to be routinely included as part of the distribution network. The models are developed directly from the magnetic circuit of the transformer and described by a Z-parameter model using an ideal transformer matrix T_i, which depends solely on the core structure. Values for T_i are determined for each core structure by analysis of the magnetic fluxes developed in the core. Per-unit models of the distribution transformer are described by a Z -parameter model which includes both the core and copper losses under nominal operating conditions. Y-parameter models are obtained from the Z-parameter models by matrix inversion, and can then be interconnected using the mode-to-branch transformation     

电力变压器经济运行分析

为了实现电力变压器的经济运行,从损耗基本概念出发,对变压器损耗进行了定性和定量分析。以某220 kV变电站的2台变压器为例,对不同负载率下的有功损耗、无功损耗以及综合损耗进行了详细对比。结果表明,受制造工艺影响,2台同容量变压器即使处在同一运行条件下,其有功和无功损耗最低时的负载率仍可能存在一定差别,由此导致其综合功率损耗也会存在差异。最后从变压器自身降耗和技术管理2方面出发,提出了相应的实用降耗措施。     

反激式平面变压器绕组交流损耗的分析

基于平面磁性元件绕组的一维模型,分析利用初、次级交叉换位技术减少反激式平面变压器绕组交流损耗的原理,进一步分析了绕组电流的上升(或下降)斜率与绕组交流损耗的关系.比较了CCM与DCM模式下绕组的交流损耗,得出在相同输出功率下,DCM比CCM的交流损耗更大.DCM和CCM两种工作模式下应用交叉换位技术减少绕组交流损耗的效果均很明显,且减少的比例相近.通过有限元分析软件和实验证实了分析结果的正确性和有效性.     

H级三维立体D形卷铁心干式变压器

分析了H级三维立体D形卷铁心的结构、制造工艺和产品性能,从结构、磁路、磁通向量分析、耗电费用等方面对三维立体D形卷铁心、平面叠片式铁心、三相三框卷铁心、三相四框五柱卷铁心进行了技术和经济性能比较,认为三维立体D形卷铁心具有磁路对称,空载损耗、空载电流、噪声小,带负载能力强,运行费用低等特点,符合节能环保的要求。运行结果表明,采用三维立体D形卷铁心变压器能使10kV母线电压畸变率从6．77％下降到2．97％。